Question

7．钒（V ）、砷（As ）均属于元素周期表第四周期元素，但钒位于VB族，砷位于VA族，请回答下列问题．
（1）高纯度砷可用于生产 GaAs （一种新型半导体材料），镓（Ga ）与砷相比，第一电离能较大的元素是As（填元素符号），GaAs  中砷的化合价为-3．
（2）Na₃AsO₄中含有的化学键类型包括离子键、共价键；AsO₄^3-的空间构型为正四面体，As₄O₆的分子结构如图1所示，则在该化合物中As的杂化方式是sp³．
（3）基态钒原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²或[Ar]3d³4s²．
（4）已知单质钒的晶胞如图2所示，则V 原子的配位数是8，假设晶胞的边长为dcm、密度为ρg/cm³，则钒的相对原子质量为$\frac{1}{2}ρ{d}^{3}{N}_{A}$．（设阿伏加德罗常数的值为N_A ）

（5）V₂O₅ 溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na₃VO₄），也可以得到偏钒酸钠．已知偏钒酸钠的阴离子呈如图3所示的无限链状结构，则偏钒酸钠的化学式为NaVO₃．

Answer 1

分析 （1）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；GaAs 中砷的电负性大于镓，据此判断化合价；
（2）Na₃AsO₄属于离子化合物，酸根离子中含有共价键；AsO₄^3-中As原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、价层电子对数为4+0=4，据此判断空间构型；As₄O₆的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；
（3）钒是23号元素，原子核外电子数为23，根据核外电子排布规律书写核外电子排布式；
（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，每个晶胞中含有的矾原子数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，根据$ρ=\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$可计算出钒的相对原子质量；
（5）由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为+5价，以此判断形成的化合物的化学式．

解答 解：（1）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，
故答案为：As；-3；
（2）Na₃AsO₄属于离子化合物，含有离子键，酸根离子中含有共价键；AsO₄^3-中As原子孤电子对数=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、价层电子对数为4+0=4，空间构型为正四面体；As₄O₆的分子中As原子形成3个As-O键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，杂化类型为sp³杂化，
故答案为：离子键、共价键；正四面体；sp³；
（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，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²或[Ar]3d³4s²；
（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×$\frac{1}{8}$=2，晶胞的体积为d³cm³，根据$ρ=\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$可知，钒的相对原子质量M=$\frac{1}{2}$ρVN_A=$\frac{1}{2}ρ{d}^{3}{N}_{A}$，
故答案为：8；$\frac{1}{2}ρ{d}^{3}{N}_{A}$；
（5）由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子，且V的化合价为+5价，则形成的化合物化学式为NaVO₃，
故答案为：NaVO₃．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式与空间构型判断、化学键、晶胞计算等，是对物质结构主干知识的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等，掌握均摊法进行有关晶胞计算．