Question

【題目】磷和砷的相關化合物在化工、醫藥、材料等領域有著廣泛的應用。回答下列問題：

(1)基態As原子的核外電子排布式為[Ar]_________；As原子的逐級電離能(kJ/mol)數據如下：

第一電離能	第二電離能	第三電離能	第四電離能	第五電離能	第六電離能
947.0	1798	2735	4837	6043	12310

第五電離能與第六電離能相差顯著的原因:_____________________________________。

(2)紅磷是巨型共價分子，無定型結構。能證明紅磷是非晶體的最可靠方法是__________。

A.質譜 B.原子發射光譜 C.核磁共振譜 D.X射線衍射

(3)黑磷是新型二維半導體材料，具有類似石墨一樣的片層結構(如圖)，層與層之間以_____結合。從結構上看，單層磷烯導電性優于石墨烯的原因是____________________________。

(4)白磷(P4)分子是正四面體結構，3.1g白磷中σ鍵的數目為________；白磷(P4)易溶于二硫化碳，難溶于水，其原因是_____________________________________________。

(5)GaAs的熔點為1238℃，其晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為_________，Ga原子的雜化方式為______________，每個As原子周圍最近的As原子數目為________。已知GaAs的密度為dg/cm3，摩爾質量為Mg/mol，則晶胞中最近的As和Ga原子核間距為_____(阿伏加德羅常數值用NA表示，列出算式即可)nm。

Answer 1

【答案】 3d104s24p3 As原子最外層有五個電子，失去的第六個電子來自全滿的次外層，所需能量較高 D 范德華力 石墨烯同層碳原子中，1個碳原子和周圍3個碳原子結合后，還剩1個價電子 ，單層磷烯同層磷原子中，1個磷原子和周圍3個磷原子結合后，還剩2個價電子 0.15NA 二硫化碳和白磷都是非極性分子，水是極性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，難溶于水 原子晶體 sp3 12 ××107

【解析】 (1) As為第四周期第VA族元素，基態As原子的核外電子排布式為[Ar] 3d104s24p3；As原子最外層有五個電子，失去的第六個電子來自全滿的次外層，所需能量較高，使得As原子的第五電離能與第六電離能相差顯著，故答案為：3d104s24p3；As原子最外層有五個電子，失去的第六個電子來自全滿的次外層，所需能量較高；

(2)紅磷是巨型共價分子，無定型結構。能證明紅磷是非晶體的最可靠方法是X射線衍射實驗，故答案為：D；

(3)黑磷是新型二維半導體材料，具有類似石墨一樣的片層結構(如圖)，層與層之間以范德華力結合。石墨烯同層碳原子中，1個碳原子和周圍3個碳原子結合后，還剩1個價電子 ，單層磷烯同層磷原子中，1個磷原子和周圍3個磷原子結合后，還剩2個價電子，因此單層磷烯導電性優于石墨烯，故答案為：范德華力；石墨烯同層碳原子中，1個碳原子和周圍3個碳原子結合后，還剩1個價電子 ，單層磷烯同層磷原子中，1個磷原子和周圍3個磷原子結合后，還剩2個價電子；

(4)白磷(P4)分子是正四面體結構，1個白磷分子中含有6個P-P鍵，3.1g白磷的物質的量為=0.025mol，σ鍵的數目為0.025mol×6 NA=0.15NA；二硫化碳和白磷都是非極性分子，水是極性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，難溶于水，故答案為：0.15NA；二硫化碳和白磷都是非極性分子，水是極性分子，由相似相溶原理可知，白磷易溶于二硫化碳，難溶于水；

(5)GaAs的熔點為1238℃，熔點較高，屬于原子晶體。根據結構圖，Ga原子與周圍的4個As原子相連接，雜化方式為sp3，As原子位于立方體的頂點和面心，每個As原子周圍最近的As原子數目為12個。每個晶胞中含有4個Ga原子和8×+6×=4個As原子，則晶胞的邊長==cm=×107 nm，晶胞中最近的As和Ga原子核間距為晶胞體對角線長度的=×107 nm×=××107 nm，故答案為：原子晶體；sp3；12；××107。