Question

2．第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物AlN、AlP、AlAs等是人工合成的半导体材料，它们的晶体结构与单晶硅相似，与NaCl的晶体类型不同．
（1）核电荷数比As小4的原子基态的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
（2）前四周期元素中，基态原子中未成对电子与其所在周期数相同的元素有5种．
（3）NCl₃中心原子杂化方式为sp³杂化，NCl₃的空间构型为三角锥形．
（4）在AlN晶体中，每个Al原子与4个N原子相连，AlN属于原子晶体．
（5）设NaCl的摩尔质量为M_r g•mol^-1，食盐晶体的密度为ρ g•cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A．食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）核电荷数比As小4的原子为Cu，其原子核外有29个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）按照从第一到第四周期的顺序，根据元素周期表中各元素结构及未成对电子数进行解答；
（3）类比NH₃可推知NCl₃中心原子杂化方式为sp³杂化，NCl₃的空间构型为三角锥形；
（4）依据题干信息“它们的晶体结构与单晶硅相似”，通过硅类推AlN的晶体类型为原子晶体；
（5）根据NaCl的摩尔质量为M_r g•mol^-1及密度为ρ g•cm^-3，求得晶胞的体积，进而求得棱边长，而两个距离最近的钠离子中心间的距离等于晶胞面对角线的一半．

解答 解：（1）核电荷数比As小4的原子为Cu，其原子核外有29个电子，基态的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
（2）第一周期中，有1个未成对电子的是氢原子，其电子排布式为1s¹；第二周期中，未成对电子是2个的有两种分别为：C：1s²2s²2p²和O：1s²2s²2p⁴；第三周期中，未成对电子是3个的是P：1s²2s²2p⁶3s²3p³；第四周期中未成对电子是4个的是Fe：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
故答案为：5；
（3）NH₃中心原子杂化方式为sp³杂化，NH₃的空间构型为三角锥形，类比NH₃可推知NCl₃中心原子杂化方式为sp³杂化，NCl₃的空间构型为三角锥形；
故答案为：sp³杂化；三角锥形；
（4）依据题干信息“它们的晶体结构与单晶硅相似”，通过硅类推AlN的晶体类型为原子晶体，每个Al原子与4个N原子相连，故答案为：4；原子；
（5）设晶胞边长为a，在NaCl晶胞中，含4个Cl^-，含4个Na⁺，根据密度公式ρ=$\frac{\frac{4Mr}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，可得a=$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，所以晶胞面对角线长为$\sqrt{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，而两个距离最近的钠离子中心间的距离等于晶胞面对角线的一半，所以两个距离最近的钠离子中心间的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$，故答案为：$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{4{M}_{r}}{ρN{\;}_{A}}}$．

点评 本题考查了核外电子排布、分子构型和杂化方式、晶胞的计算等内容，综合性较强，难度中等，解题的关键要充分用好立体几何的知识，发挥空间想象力，解决问题．