Question

9．張亭棟研究小組受民間中醫(yī)啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)As₂O₃（俗稱砒霜）對白血病有明顯的治療作用．氮（N）、磷（P）、砷（As）等都是VA族的元素，該族元素的化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途．回答下列問題：

（1）As原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）P和S是同一周期的兩種元素，P的第一電離能比S大，原因是P的p亞層是半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以第一電離能比硫的大．
（3）NH₄⁺中H-N-H的鍵角比NH₃中H-N-H的鍵角大（填“大”或“小”），原因是NH₄⁺中的氮原子上均為成鍵電子，而NH₃分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子和成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子和成鍵電子之間的排斥力．
（4）Na₃AsO₄中含有的化學鍵類型包括離子鍵、共價鍵；AsO₄^3-的空間構型為正四面體，As₄O₆的分子結(jié)構如圖1所示，則在該化合物中As的雜化方式是sp³．
（5）化合物NH₅中的所有原子最外層都滿足穩(wěn)定結(jié)構，則NH₅是離子晶體．
（6）白磷（P₄）的晶體屬于分子晶體，其晶胞結(jié)構如圖2（小圓圈表示白磷分子）．己知晶胞的邊長為a cm，阿伏加德羅常數(shù)為N_A mol^-l，則該晶胞中含有的P原子的個數(shù)為16，該晶體的密度為$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（用含N_A、a的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）As原子核外電子數(shù)為33，根據(jù)能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）P的3p亞層是半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，第一電離能高于同周期相鄰元素的；
（3）NH₄⁺中的氮原子上均為成鍵電子，而NH₃分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子和成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子和成鍵電子之間的排斥力；
（4）Na₃AsO₄屬于離子化合物，酸根離子中含有共價鍵；AsO₄^3-中As原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、價層電子對數(shù)為4+0=4，據(jù)此判斷空間構型；As₄O₆的分子中As原子形成3個As-O鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4；
（5）化合物NH₅中的所有原子最外層都滿足穩(wěn)定結(jié)構，則由銨根離子與氫負離子構成；
（6）根據(jù)均攤法可知，晶胞中P₄分子數(shù)目為4，則晶胞中含有16個P原子，計算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）As原子核外電子數(shù)為33，根據(jù)能量最低原理，核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）P的3p亞層是半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，第一電離能高于同周期相鄰元素的，第一電離能大于硫的，
故答案為：P的p亞層是半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，所以第一電離能比硫的大；
（3）NH₄⁺中的氮原子上均為成鍵電子，而NH₃分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子和成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子和成鍵電子之間的排斥力，故NH₄⁺中H-N-H的鍵角比NH₃中H-N-H的鍵角大，
故答案為：大；NH₄⁺中的氮原子上均為成鍵電子，而NH₃分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子和成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子和成鍵電子之間的排斥力；
（4）Na₃AsO₄屬于離子化合物，含有離子鍵，酸根離子中含有共價鍵；AsO₄^3-中As原子孤電子對數(shù)=$\frac{5+3-2×4}{2}$=0、價層電子對數(shù)為4+0=4，空間構型為正四面體；As₄O₆的分子中As原子形成3個As-O鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，雜化類型為sp³雜化，
故答案為：離子鍵、共價鍵；正四面體；sp³；
（5）化合物NH₅中的所有原子最外層都滿足穩(wěn)定結(jié)構，則由銨根離子與氫負離子構成，屬于離子晶體，故答案為：離子；
（6）根據(jù)均攤法可知，晶胞中P₄分子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則晶胞中P原子數(shù)目為4×4=16，晶胞質(zhì)量為16×$\frac{31}{{N}_{A}}$g，晶胞體積為（a cm）³，則晶胞密度為$\frac{4×\frac{31}{{N}_{A}}g}{（acm）^{3}}$=$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案為：$\frac{496}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、價層電子對互斥聯(lián)立、雜化方式與空間構型判斷、化學鍵、晶胞計算等，是對物質(zhì)結(jié)構主干知識的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，難度中等，掌握均攤法進行有關晶胞計算．