Question

【題目】第四周期中的18種元素具有重要的用途，在現(xiàn)代工業(yè)中備受青睞。

(1)鉻是一種硬而脆、抗腐蝕性強的金屬，常用于電鍍和制造特種鋼�；鶓B(tài)Cr原子中，電子占據(jù)最高能層的符號為______，該能層上具有的原子軌道數(shù)為________，電子數(shù)為________。

(2)第四周期元素的第一電離能隨原子序數(shù)的增大，總趨勢是逐漸增大的，30Zn與31Ga的第一電離能是否符合這一規(guī)律？________(填“是”或“否”)，原因是_____________________________________________ (如果前一問填“是”，此問可以不答)。

(3)鎵與第ⅤA族元素可形成多種新型人工半導(dǎo)體材料，砷化鎵(GaAs)就是其中一種，其晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示(白色球代表As原子)。在GaAs晶體中，每個Ga原子與________個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為________。

（4）鐵的多種化合物均為磁性材料，氮化鐵是其中一種，某氮化鐵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則氮化鐵的化學(xué)式為________；設(shè)晶胞邊長為a cm，阿伏加德羅常數(shù)為NA，該晶體的密度為________ g·cm－3(用含a和NA的式子表示)。

Answer 1

【答案】N 16 1 否 30Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，第一電離能高于同周期相鄰的元素 4 正四面體 Fe4N

【解析】

（1）根據(jù)鉻的核外電子排布規(guī)律可知，鉻的最外層N層上有1個電子，據(jù)此答題；

（2）原子的最外層電子數(shù)處于半滿或全滿時，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時原子的第一電離能都高于同周期相鄰的元素；

（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，砷化鎵結(jié)構(gòu)中，As位于晶胞的面心和頂點上，Ga位于由4個As原子形成的四面體的體心，據(jù)此判斷；

（4）根據(jù)均攤法確定氮化鐵的化學(xué)式，根據(jù)ρ=m/V計算密度。

（1）鉻的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s1，所以鉻的最外層是N層，有1個電子，N層上原子軌道為s、p、d、f四種，共有軌道數(shù)為1+3+5+7=16；

（2）原子的最外層電子數(shù)處于半滿或全滿時，是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時原子的第一電離能都高于同周期相鄰的元素，30Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，所以30Zn與31Ga的第一電離能不符合逐漸增大的規(guī)律；

（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，砷化鎵結(jié)構(gòu)中，As位于晶胞的面心和頂點上，Ga位于由4個As原子形成的四面體的體心，所以每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為正四面體；

（4）根據(jù)均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數(shù)為1，Fe原子數(shù)為8×1/8+6×1/2=4，所以氮化鐵的化學(xué)式Fe4N，晶胞的體積為a3cm3，所以ρ=g·cm﹣3=g·cm﹣3。