Question

17．氮、磷、砷、钛的单质及其化合物在生产生活中有重要的应用．回答下列问题：
（1）基态磷原子有5种不同能量的电子．
（2）N、P、As电负性由大到小的顺序为N＞P＞As，它们的氢化物沸点最高的为NH₃，原因为NH₃分子间形成氢键．
（3）NO₃^-离子的空间构型为平面正三角形，中心原子的杂化方式为sp²，NO₃^-离子有多种等电子体，请写出一种CO₃^2-（SO₃、BF₃等）．
（4）钛元素原子核外价电子排布图为，含Ti³⁺的配合物的化学式为[TiCl（H₂O）₅]Cl₂•H₂O，其配离子中含有的化学键类型为极性共价键、配位键，该配离子的配位数为6．
（5）砷化镓晶胞结构如图．晶胞中距离Ga原子等距且最近的Ga原子有12个，Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体．已知砷化镓晶胞边长为a pm，其密度为ρg•cm^-3，则阿伏加德罗常数的数值为$\frac{4×145}{ρ{a}^{3}×1{0}^{-30}}$（列出计算式即可）．

Answer 1

分析 （1）基态磷原子核电子排布式为1s²2s²2p⁶2s²3p³，同一能级上的电子能量相同；
（2）元素的非金属性越强，电负性越大，相同结构的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高，如果分子间有氢键的，其沸点更高；
（3）根据价层电子对互斥理论判断NO₃^-的空间构型及杂化方式；原子个数相等价电子数相等的微粒是等电子体；
（4）Ti的核电荷数为22，根据基态Ti原子的电子排布式书写价电子排布图；根据配合物的结构特点来分析其中的化学键，配位数：中心原子周围的配位原子个数；
（5）根据晶胞的均摊原理计算晶胞中含有的As、Ga原子数，确定晶胞的化学式，根据晶胞的质量与体积、再结合晶胞的密度公式计算．

解答 解：（1）磷原子核外有5个不同的能级，即有5种不同能量的电子，故答案为：5；
（2）N、P、As非金属性强弱顺序为N＞P＞As，则N、P、As电负性由大到小的顺序为N＞P＞As；NH₃、PH₃、AsH₃中沸点最高的是NH₃，因为NH₃分子间形成氢键；故答案为：N＞P＞As；NH₃；NH₃分子间形成氢键；
（3）NO₃^-中N原子价层电子对=3+$\frac{1}{2}$（5+1-3×2）=3，且不含孤电子对，为sp²杂化，所以是平面三角形结构，与NO₃^-互为等电子体的有：CO₃^2-（SO₃、BF₃等），故答案为：平面正三角形；sp²；CO₃^2-（SO₃、BF₃等）；
（4）基态Ti原子的电子排布式为Is²2s²2p⁶3S²3p⁶3d²4s²（或[Ar]3d²4s²），则原子核外价电子排布图为；配离子[TiCl（H₂O）₅]²⁺中含有非金属原子之间的极性共价键以及配位键，中心离子是Ti³⁺，提供空轨道接受孤对电子，H₂O、Cl^-提供孤电子对为配体，2个氨气分子，所以配位数为6，
故答案为：；极性共价键、配位键；6；
（5）由晶胞结构可知与晶胞顶点Ga等距离且最近的Ga为晶胞表面中心Ga，则晶胞中距离Ga原子等距且最近的Ga原子有12个，Ga与周围等距且最近的As的原子个数为4，形成的空间构型为正四面体；晶胞中含有Ga的原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，As的原子个数为4，则晶胞的质量为$\frac{4×145}{{N}_{A}}g$，晶胞的体积为（a×10^-10）³cm³，则晶胞的密度ρg•cm^-3=$\frac{4×145}{{N}_{A}}g$÷（a×10^-10）³cm³，则N_A=$\frac{4×145}{ρ{a}^{3}×1{0}^{-30}}$；
故答案为：12；正四面体；$\frac{4×145}{ρ{a}^{3}×1{0}^{-30}}$．

点评 本题为物质结构与性质的综合考查，涉及核外电子的排布、分子间作用力、分子的结构与杂化类型、晶胞的计算等，中等难度．