Question

6．第四周期的18種元素具有重要的用途，在現代工業(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．基態(tài)Cr原子中，電子占據最高能層的符號為N，該能層上具有的原子軌道數為16，電子數為1，
（2）第四周期元素的第一電離能隨原子序數的增大，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？否（填“是”或“否”），原因是₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定（如果前一問填“是”，此空可以不答）
（3）鎵與第VA族元素可形成多種新型人工半導體材料，砷化鎵（GaAs）就是其中一種，其晶體結構如圖1所示（白色球代表As原子）．在GaAs晶體中，每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體；
（4）與As同主族的短周期元素是N、P．AsH₃中心原子雜化的類型為sp³；一定壓強下將AsH₃、NH₃和PH₃的混合氣體降溫時首先液化的是NH₃，理由是NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高．
（5）鐵的多種化合物均為磁性材料，氮化鐵是其中一種，某氮化鐵的晶胞結構如圖2所示，則氮化鐵的化學式為Fe₄N；設晶胞邊長為acm，阿伏加德羅常數為N_A，該晶體的密度為$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3（用含a和N_A的式子表示）

Answer 1

分析 （1）基態(tài)Cr原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
（2）₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定；
（3）由圖可知，Ga原子與掌握的4個As原子相鄰，4個As原子形成正四面體結構；
（4）AsH₃中心原子As的形成3個鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數目為4；
沸點越高，氣體越容易液化，NH₃分子之間有氫鍵，AsH₃、PH₃分子間不能形成氫鍵，NH₃沸點最高；
（5）晶胞中N原子處于晶胞體心，Fe原子位于晶胞頂點與面心，根據均攤法計算晶胞中N、Fe原子數目，進而確定化學式，表示出晶胞的質量，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體密度．

解答 解：（1）基態(tài)Cr原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，電子占據最高能層的符號為N，該能層上s、p、d、f4個能級，分別含有軌道數目為1、3、5、7，共含有原子軌道數為16，該能層電子數為 1，
故答案為：N；16；1；
（2）₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，₃₀Zn的第一電離能高于₃₁Ga的，
故答案為：否；₃₀Zn的4s能級有2個電子，處于全滿狀態(tài)，較穩(wěn)定；
（3）由圖可知，Ga原子與掌握的4個As原子相鄰，4個As原子形成正四面體結構，
故答案為：4；正四面體；
（4）AsH₃中心原子As的形成3個鍵，含有1對孤對電子，雜化軌道數目為4，為sp³雜化，
NH₃分子之間有氫鍵，AsH₃、PH₃分子間不能形成氫鍵，NH₃沸點最高，沸點越高，氣體越容易液化，
故答案為：sp³；NH₃；NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高；
（5）晶胞中N原子處于晶胞體心，晶胞中N原子數目為1，Fe原子位于晶胞頂點與面心，晶胞中Fe原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化學式為Fe₄N，
晶胞的質量為$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g，晶胞邊長為acm，該晶體的密度為$\frac{56×4+14}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案為：Fe₄N；$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、晶胞結構與計算、雜化方式、氫鍵等，注意氫鍵對物質的量性質的影響，理解第一電離能異常原因．