Question

4．第ⅤA族的氮、磷、砷（As）等元素在化合物中常表现出多种氧化态，含第ⅤA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途．
（1）砷元素的基态原子价电子排布图为．
（2）科学家发现氮元素的单质除了N₂外，还有N₄，则N₄中的N原子的轨道杂化方式为sp³．
（3）汽车安全气囊的产生药剂主要含有NaN₃、Fe₂O₃、KClO₄、NaHCO₃等物质，在NaN₃固体中阴离子的立体构型直线形．
（4）王水溶解黄金的反应如下：Au+HNO₃+4HCl=H[AuCl₄]+NO↑+2H₂O，产物中的H[AuCl₄]是配合物，它的配位体是Cl^-．
（5）砷化镓属于第三代半导体，它能直接将电能转变为光能，砷化镓灯泡寿命是变通灯泡的100倍，而耗能只有其10%．推广砷化镓等发光二极管（LED）照明是节能减排的有效举措，已知砷化镓的晶胞结构如图，晶胞棱长为apm．
①砷化镓的化学式GaAs，镓原子的配位数为4．
②砷化镓的晶胞中m位置Ga原子与n位置As原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm （用含“a”的表达式表示）

Answer 1

分析 （1）As元素处于的第四周期VA族；
（2）N₄的结构与白磷（P₄）相似，每个N原子周围连有三个N原子，形成三对共用电子对，另有一个孤电子对；
（3）在NaN₃固体中，阴离子为N₃^-，离子中有16个价电子，所以与CO₂互为等电子体，根据等电子体结构相似判断；
（4）在配合物中，中心原子或离子含有空轨道，配位体含有孤对电子；
（5）①根据砷化镓晶胞的结构图，m位置Ga原子，n位置As原子，利用均摊法可知，计算晶胞中含有Ga原子、As原子数目，可以确定其化学式，As原子配位数为4，结合化学式判断镓原子的配位数；
②Ga原子与As原子之间的距离应为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍．

解答 解：（1）As元素处于的第四周期VA族，所以砷的基态原子价电子排布图为，
故答案为：；
（2）N₄的结构与白磷（P₄）相似，每个N原子周围连有三个N原子，形成三对共用电子对，另有一个孤电子对，所以N原子的轨道杂化方式为sp³，
故答案为：sp³；
（3）在NaN₃固体中，阴离子为N₃^-，离子中有16个价电子，所以与CO₂互为等电子体，根据等电子体结构相似可知，N₃^-的立体构型为直线形，
故答案为：直线形；
（4）在配合物中，能提供孤电子对的为配位体，所以在H[AuCl₄]中，配位体是Cl^-，
故答案为：Cl^-；
（5）①m位置Ga原子，n位置As原子，晶胞中含有Ga原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，As原子数目为4，As原子配位数为4，则镓原子的配位数为4；
故答案为：GaAs；4；
②Ga原子与As原子之间的距离应为晶胞体对角线长度的$\frac{1}{4}$倍，所以晶胞的体对角线为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，则m位置Ga原子与n位置As原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$pm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}a}{4}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式与空间构型、配合物、晶胞计算计算等，注意N₄分子的结构特点，为易错点，题目难度中等．