题目内容

4．法医常用马氏试砷法检验是否砒霜（As2O3）中毒，涉及的反应如下：
Ⅰ：6Zn+As2O3+12HCl=6ZnCl2+2AsH3（砷烷）↑+3H2O
Ⅱ：2AsH3=2As（黑色砷镜）+3H2
（1）写出砷的基态原子价电子排布图
（2）砷烷的空间结构为三角锥形；砷烷中心原子杂化方式为sp3杂化
（3）砷烷同族同系列物质相关性质如表：
NH3PH3AsH3SbH3
熔点/℃-77.8-133.5-116.3-88
沸点/℃-34.5-87.5-62.4-18.4
从PH3→AsH3→SbH3，熔沸点依次升高的原因是对于分子组成结构相似的物质来说，随相对分子质量增加，分子间作用力增大，故熔沸点升高，NH3分子例外的原因是NH3可以形成分子间氢键．
（4）第一电离能数据I（As）＞I（Se），可能的原因是As的价电子排布为4s24p3，为半充满结构，较稳定，所以第一电离能数据比Se还大
（5）砷与铟（In）形成的化合物（X）具有优良的光电性能，广泛应用于光纤通信用激光器，其晶胞结构如图所示，则其化学式为InAs；晶胞边长a=666.67pm，则其密度为4.275g/cm3；（边长a可用2000/3近似计算，设NA=6.0×1023/mol）．

分析 （1）As位于周期表中第4周期，第VA族，其价电子排布式为4s24p3，4s有1个轨道，4p有3个轨道，据此写出价电子排布图；
（2）砷烷为AsH3，根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断分子的空间构型和中心原子的杂化方式；
（3）从PH3→AsH3→SbH3，熔沸点依次升高，P、As、Sb均为氮族元素，三者均为分子晶体，随着相对分子质量增加，分子间作用力增大，熔沸点升高，NH3分子由于形成分子间氢键，沸点异常升高；
（4）第一电离能，同周期主族元素，随着原子序数的增加，呈现增大的趋势，但VA族大于相邻主族元素，是由于VA族元素的原子结构是半充满的，较稳定；
（5）对于立方晶胞，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，据此计算化学式，根据晶体密度公式ρ=$\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$计算晶体密度，其中z为一个晶胞粒子数，Mr为一个粒子的相对质量，V为一个晶胞的体积．

解答 解：（1）As位于周期表中第4周期，第VA族，其价电子排布式为4s24p3，4s有1个轨道，4p有3个轨道，则砷的基态原子价电子排布图为：，
故答案为：；
（2）砷烷为AsH3，根据VSEPR理论，中心As原子的配位原子数为BP=3，孤电子对数为LP=$\frac{5-1×3}{2}$=1，则价电子对数为VP=BP+LP=3+1=4，根据杂化轨道理论，中心As原子为sp3杂化，由于存在一对孤电子对，占据正四面体型的顶点，则砷烷的空间构型为三角锥形，
故答案为：三角锥形；sp3；
（3）从PH3→AsH3→SbH3，熔沸点依次升高，P、As、Sb均为氮族元素，三者均为分子晶体，随着相对分子质量增加，分子间作用力增大，熔沸点升高，NH3分子由于形成分子间氢键，沸点异常升高，因此从PH3→AsH3→SbH3，熔沸点依次升高的原因是：对于分子组成结构相似的物质来说，随相对分子质量增加，分子间作用力增大，故熔沸点升高，
NH3分子例外的原因是：NH3可以形成分子间氢键，
故答案为：对于分子组成结构相似的物质来说，随相对分子质量增加，分子间作用力增大，故熔沸点升高；NH3可以形成分子间氢键；
（4）第一电离能，同周期主族元素，随着原子序数的增加，呈现增大的趋势，但VA族大于相邻主族元素，是由于VA族元素的原子结构是半充满的，较稳定，因此第一电离能数据I（As）＞I（Se），可能的原因是：As的价电子排布为4s24p3，为半充满结构，较稳定，所以第一电离能数据比Se还大，
故答案为：As的价电子排布为4s24p3，为半充满结构，较稳定，所以第一电离能数据比Se还大；
（5）对于立方晶胞，顶点粒子占$\frac{1}{8}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞内部粒子为整个晶胞所有，根据晶胞结构，一个晶胞中，As的个数为4，In的个数为$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，则晶体的化学式为：InAs，
取1mol晶胞，则含有NA个晶胞，已知晶胞边长a=666.67pm=$\frac{2000}{3}$pm，则一个晶胞的体积为V0=a3pm3=a3×10-30cm3，1mol晶胞的质量为m=4×（75+115）=760g，则晶体的密度为ρ=$\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}$=$\frac{760}{6.0×1{0}^{23}×（\frac{2000}{3}）×1{0}^{-30}}$=$\frac{171}{40}$=4.275g/cm3，
故答案为：InAs；4.275．

点评 本题主要考察物质结构知识，包含价电子排布图，价层电子对互斥理论，杂化轨道理论，分子晶体的熔沸点，氢键的性质，第一电离能的比较，晶体计算．题目涉及的知识点较多，考查综合能力，题目难度中等．

练习册系列答案
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12345678910
C2H4C2H6C2H6OC2H4O2C3H6C3H8C3H8OC3H6O2C4H8C4H10
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