Question

1．GaN、GaP、GaAs是人工合成的一系列新型半导体材料，其晶体结构均与金刚石相似．铜是重要的过渡元素，能形成多种配合物，如Cu²⁺与乙二胺（H₂N-CH₂-CH₂-NH₂）可形成如图所示配离子．回答下列问题：

（1）基态Ga原子价电子的轨道表达式为
（2）熔点：GaN＞GaP（填“＞”或“＜”）；
（3）第一电离能：As＞Se（填“＞”或“＜”）；
（4）Cu²⁺与乙二胺所形成的配离子内部不含有的化学键类型是c、e
a．配位键    b．极性键    c．离子键    d．非极性键  e．氢键
（5）乙二胺分子中氮原子轨道的杂化类型为sp³，乙二胺和三甲胺[N（CH₃）₃]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高很多，原因是乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键．
（6）Cu的某种晶体晶胞为面心立方结构，晶胞边长为a cm．该晶体密度为$\frac{256}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含a和N_A的代数式表达）．

Answer 1

分析 （1）基态Ga原子在周期表中的位置是第四周期，第IIIA族；
（2）离子晶体的晶格能越大，熔沸点就越高；
（3）同族元素从上至下，第一电离能逐渐降低；
（4）Cu²⁺与乙二胺形成的配离子为$Cu（en）_{2}^{2+}$，根据不同原子之间的作用力解答；
（5）乙二胺分子中的N原子形成3个σ键，乙二胺和三甲胺均属于胺，沸点存在较大差异，结合氢键知识解答；
（6）考查面心立方晶胞的知识，根据公式$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$计算晶胞密度，实际上也就是晶体密度，其中z为晶胞内粒子数，Mr为粒子摩尔质量，V为晶胞体积．

解答 解：（1）基态Ga原子的位置是第四周期，IIIA族，价电子排布式为4s²4p¹，则原子轨道表达式为．故答案为：；
（2）离子晶体的晶格能越大，熔沸点越高，由于N的半径小于P的半径，则GaN的晶格能大于GaP，熔沸点也是GaN大于GaP．故答案为：＞；
（3）同族元素从上到下，原子的第一电离能逐渐减小，则第一电离能As大于Se．故答案为：＞；
（4）Cu²⁺与乙二胺形成的配离子为$Cu（en）_{2}^{2+}$，配离子之间存在配位键，氮氢，碳氢之间存在极性键，碳碳之间存在非极性键，不存在阴阳离子静电作用，即离子键，乙二胺分子中N均与H配位，没有与H本身以外的H靠近，则不存在氢键．故答案为：c、e；
（5）乙二胺分子中的N原子形成3个σ键，则N原子为sp³杂化；乙二胺和三甲胺均属于胺，沸点存在较大差异，乙二胺的沸点比三甲胺的沸点高，原因是三甲胺分子中，N上没有活泼氢，不能形成氢键，而乙二胺分子间可以形成氢键，有氢键的存在能使物质的沸点升高．
故答案为：sp³，乙二胺分子间可形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（6）Cu的某种晶体晶胞为面心立方结构，对于面心立方晶胞，顶点原子占$\frac{1}{8}$，面心原子占$\frac{1}{2}$，则一个晶胞中应含有粒子数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，取1mol晶胞，则有N_A个晶胞，一个晶胞的边长为acm，则一个晶胞的体积为${V}_{0}={a}^{3}c{m}^{3}$，1mo晶胞含有4mol粒子，则1mol晶胞的质量为m=4mol×64g/mol=256g，所以晶体的密度为$ρ=\frac{m}{{V}_{总}}=\frac{m}{{N}_{A}•{V}_{0}}=\frac{zM}{{N}_{A}•{V}_{0}}$=$\frac{256g}{{a}^{3}•{N}_{A}c{m}^{3}}=\frac{256}{{a}^{3}{N}_{A}}g/c{m}^{3}$．故答案为：$\frac{256}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构知识，包括第一电离能，元素周期律，原子轨道，分子间作用力类型，晶胞的计算，配合物的知识等知识点的综合．题目难度不大，是基础题．