Question

【题目】物质结构与性质分钒、砷均属于第四周期元素，最高正价均为+5。

I.高纯度砷可用于生产具有“半导体贵族”之称的新型半导体材料 GaAs，砷与氯气反应可得到 AsCl3、AsCl5两种氯化物。

（1）两种氯化物分子中属于非极性分子的是 ，AsCl3分子的中心原子杂化类型是 ，分 子构型是 。

（2）Ga 与 As 相比，第一电离能较大的元素是 ，GaAs 中砷的化合价为 。研究表明，在 GaAs 晶体中，Ga、As 原子最外电子层均达到 8 电子稳定结构，则 GaAs 的晶体类型是 ，晶体中化学键的键角是 。

II.钒是一种重要的战略金属，其最主要的用途是生产特种钢，其化合价有+5、+4、+3、+2 等，工业上从炼钢获得的富钒炉渣中(内含 V2O5)提取钒的过程如下。

（3）基态钒原子的电子排布式为 ，上述钒的几种价态中，最稳定的是 价；写出①、②反应的化学方程式： 、 。

（4）已知单质钒的晶胞为则 V 原子的配位数是 ，假设晶胞的边长为 d cm， 密度为 ρ g/cm3，则钒的相对原子质量为 。

Answer 1

【答案】（1） AsCl5；sp3杂化；三角锥型；

（2） As；-3；原子晶体；109°28′；

II.（3） 1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4） 8；ρd3NA。

【解析】试题分析：（1） AsCl3中As的价层电子对数=3+（5-1×3）=4，采用sp3杂化，为三角锥型分子，是极性分子；AsCl5中As的价层电子对数=5+（5-1×5）=5，为三角双锥型分子，是非极性分子，故答案为：AsCl5；sp3杂化；三角锥型；

（2） 同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能As＞Ga，GaAs 中砷的电负性大于镓，所以砷显-3价；由晶体中镓、砷原子最外层电子数目知，镓与砷之间形成了四个共价键（其中有一个为配位键），晶体中每个镓原子、砷原子均与另外四个原子成键，形成空间网状结构的晶体，属于原子晶体，晶体中化学键的键角是109°28′，故答案为：As；-3；原子晶体；109°28′；

II.（3） 钒是23号元素，原子核外电子数为23，基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2，钒的价电子数为5，结合流程图，在钒的几种价态中，最稳定的是+5价。反应①是V2O5在空气中与氯化钠反应生成NaVO3，根据化合价的变化情况，Cl元素化合价升高，生成氯气，反应的方程式为2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；反应②是V2O5被钙还原生成V，反应的方程式为V2O5+5Ca=2V+5CaO，故答案为：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4）根据晶胞图可知，每个矾原子周围距离最近的有8个矾原子，所以矾的配位数为8，每个晶胞中含有的矾原子数为1+8×=2，晶胞的体积为d3cm3，根据ρ＝可知，钒的相对原子质量M=ρVNA=ρd3NA，故答案为：8；ρd3NA。