Question

【題目】《自然》雜志于2018年3月15日發(fā)布，中國(guó)留學(xué)生曹原用石墨烯實(shí)現(xiàn)了常溫超導(dǎo)。這一發(fā)現(xiàn)將在很多領(lǐng)域發(fā)生顛覆性的革命。鎵(Ga)、硒(Se)的單質(zhì)及某些化合物如砷化鎵等都是常用的半導(dǎo)體材料，超導(dǎo)和半導(dǎo)體材料都廣泛應(yīng)用于航空航天測(cè)控、光纖通訊等領(lǐng)域。請(qǐng)回答下列與碳、砷、鎵、硒有關(guān)的問(wèn)題。

(1)基態(tài)硒原子的核外價(jià)層電子排布式為___，與硒同周期的p區(qū)元素中第一電離能大于硒的元素有___種，SeO3的空間構(gòu)型是___。

(2)化合物[EMIM][AlCl4]具有很高的應(yīng)用價(jià)值，EMIM+結(jié)構(gòu)如圖所示。

①EMIM+離子中各元素電負(fù)性由大到小的順序是___。

②EMIM+離子中碳原子的雜化軌道類(lèi)型為___。

③大π鍵可用符號(hào)π表示，其中m、n分別代表參與形成大π鍵的原子數(shù)和電子數(shù)，則EMIM+離子中的大π鍵應(yīng)表示___。

(3)石墨烯中部分碳原子被氧化后，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯如圖所示，轉(zhuǎn)化后1號(hào)C原子與相鄰C原子間鍵能變小，原因是___。

(4)GaAs為原子晶體，密度為ρgcm-3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，Ga和As的原子半徑分別為apm和bpm，GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為A，則阿伏加德羅常數(shù)的值為NA=___。(用字母表示)

Answer 1

【答案】4s24p4 3 平面三角形 N＞C＞H sp2、sp3 π 1號(hào)C連接的O原子吸引電子能力較強(qiáng)，導(dǎo)致與1號(hào)C原子相鄰C原子對(duì)電子的吸引力減小，所以1號(hào)C與相鄰C原子間鍵能的變化是變小(或石墨烯轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯后，1號(hào)C原子與相鄰C原子間的大π鍵氧化破壞變成了單鍵，故鍵能變小)

【解析】

(1)硒元素為34號(hào)元素，原子核外價(jià)層電子排布式為4s24p4；同周期p區(qū)元素自左至右第一電離能呈增大趨勢(shì)，但由于砷元素最外層半滿(mǎn)，所以第一電離能大于硒，則與硒同周期的p區(qū)元素中第一電離能大于硒的有砷、溴、氪共3種；SeO3的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為=3，不含孤電子對(duì)，所以空間構(gòu)型為平面三角形；

(2)①非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大，所以電負(fù)性N>C>H；

②EMIM+離子中甲基上碳原子的雜化方式為sp3雜化，大π鍵上碳原子雜化方式為sp2雜化；

③根據(jù)EMIM+離子的結(jié)構(gòu)可知有3個(gè)碳原子和2個(gè)氮原子參與形成大π鍵，其中每個(gè)C原子最外層4個(gè)電子中有3個(gè)形成單鍵，1個(gè)參與形成大π鍵，每個(gè)N原子最外層5個(gè)電子中有3個(gè)參與形成單鍵，2個(gè)形成大π鍵，整體帶一個(gè)單位正電荷，所以參與形成大π鍵的電子數(shù)為3×1+2×2-1=6，所以EMIM+離子中的大π鍵可以表示為π；

(3)1號(hào)C連接的O原子吸引電子能力較強(qiáng)，導(dǎo)致與1號(hào)C原子相鄰C原子對(duì)電子的吸引力減小，所以1號(hào)C與相鄰C原子間鍵能的變化是變小(或石墨烯轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯后，1號(hào)C原子與相鄰C原子間的大π鍵氧化破壞變成了單鍵，故鍵能變小)；

(4)該晶胞中Ga原子的個(gè)數(shù)為4，晶體的化學(xué)式為GaAs，所以晶胞中As原子的個(gè)數(shù)為4，晶胞的質(zhì)量為；兩種原子的總體積為pm3，空間利用率為A，則晶胞的體積為pm3=cm3，所以ρ=，解得NA=。