Question

【题目】第四周期中的18种元素具有重要的用途，在现代工业中备受青睐。

(1)铬是一种硬而脆、抗腐蚀性强的金属，常用于电镀和制造特种钢。基态Cr原子中，电子占据最高能层的符号为______，该能层上具有的原子轨道数为________，电子数为________。

(2)第四周期元素的第一电离能随原子序数的增大，总趋势是逐渐增大的，30Zn与31Ga的第一电离能是否符合这一规律？________(填“是”或“否”)，原因是_____________________________________________ (如果前一问填“是”，此问可以不答)。

(3)镓与第ⅤA族元素可形成多种新型人工半导体材料，砷化镓(GaAs)就是其中一种，其晶体结构如下图所示(白色球代表As原子)。在GaAs晶体中，每个Ga原子与________个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为________。

（4）铁的多种化合物均为磁性材料，氮化铁是其中一种，某氮化铁的晶胞结构如图所示，则氮化铁的化学式为________；设晶胞边长为a cm，阿伏加德罗常数为NA，该晶体的密度为________ g·cm－3(用含a和NA的式子表示)。

Answer 1

【答案】N 16 1 否 30Zn的4s能级有2个电子，处于全满状态，较稳定，第一电离能高于同周期相邻的元素 4 正四面体 Fe4N

【解析】

（1）根据铬的核外电子排布规律可知，铬的最外层N层上有1个电子，据此答题；

（2）原子的最外层电子数处于半满或全满时，是一种稳定结构，此时原子的第一电离能都高于同周期相邻的元素；

（3）根据晶胞结构图，砷化镓结构中，As位于晶胞的面心和顶点上，Ga位于由4个As原子形成的四面体的体心，据此判断；

（4）根据均摊法确定氮化铁的化学式，根据ρ=m/V计算密度。

（1）铬的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，所以铬的最外层是N层，有1个电子，N层上原子轨道为s、p、d、f四种，共有轨道数为1+3+5+7=16；

（2）原子的最外层电子数处于半满或全满时，是一种稳定结构，此时原子的第一电离能都高于同周期相邻的元素，30Zn的4s能级有2个电子，处于全满状态，较稳定，所以30Zn与31Ga的第一电离能不符合逐渐增大的规律；

（3）根据晶胞结构图，砷化镓结构中，As位于晶胞的面心和顶点上，Ga位于由4个As原子形成的四面体的体心，所以每个Ga原子与4个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为正四面体；

（4）根据均摊法在氮化铁晶胞中，含有N原子数为1，Fe原子数为8×1/8+6×1/2=4，所以氮化铁的化学式Fe4N，晶胞的体积为a3cm3，所以ρ=g·cm﹣3=g·cm﹣3。