Question

【題目】《日華子本草》中已有關(guān)于雄黃的記載“雄黃，通赤亮者為上，驗(yàn)之可以蟲(chóng)死者為真。”雄黃（As4S4)和雌黃（As2S3)是提取砷的主要礦物原料，二者在自然界中共生。 回答下列問(wèn)題：

(1)基態(tài)砷原子的價(jià)電子軌道排布圖為_______，核外電子占據(jù)的最高能級(jí)的電子云輪廓圖形狀為_______。

(2) S、P和N三種元素第一電離能由大到小的順序是_______。

(3) 雄黃（As4S4)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，S原子的雜化形式為_______。

(4) SO2分子中的鍵數(shù)為______個(gè)，分子的空間構(gòu)型為_______。分子中的大鍵可用符號(hào)表示，其中m代表參與形成大鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大鍵可表示為），則SO2中的大鍵應(yīng)表示為______。SO2分子中S—O鍵的鍵角_____NO3－中N—O鍵的鍵角（填“> ”、“<”、“=”）。

(5)砷化鎵是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，密度為 g cm－３，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示。Ga和As 原子半徑分別為r1 pm和r2 pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則砷化鎵晶體的空間利用率為________。

Answer 1

【答案】 紡錘形或啞鈴形 N>P>S sp3 2 V形（折線形） <

【解析】

根據(jù)主族元素第一電離能的變化規(guī)律和“反常”現(xiàn)象，比較第一電離能的大小；運(yùn)用雜化軌道理論判斷中心原子的雜化類型，運(yùn)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推斷分子形狀、比較鍵角大小；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)計(jì)算原子空間利用率。

(1)砷為33號(hào)元素，As位于第4周期第VA族，其價(jià)電子即最外層電子。基態(tài)砷原子的價(jià)電子軌道排布圖為，核外電子占據(jù)的最高能級(jí)是4p，該能級(jí)的電子云輪廓圖為紡錘形或啞鈴形。

(2)主族元素第一電離能的變化規(guī)律為：同主族由上而下依次減小，同周期從左至右呈增大趨勢(shì)，但IIA、VA族元素“反常”。S、P和N三種元素第一電離能由大到小的順序是N>P>S。

(3)S、As原子的最外層分別有6個(gè)、5個(gè)電子，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)需分別形成2對(duì)、3對(duì)共用電子對(duì)，故雄黃（As4S4)分子結(jié)構(gòu)中，黑球、白球分別表示硫、砷原子。每個(gè)硫原子都有4對(duì)價(jià)層電子對(duì)（2對(duì)σ鍵電子對(duì)、2對(duì)孤電子對(duì)），S原子都是sp3雜化。

(4) SO2分子中，S原子結(jié)合2個(gè)O原子，有2個(gè)鍵。中心原子S的孤電子對(duì)數(shù)為×（6-2×2）=1，σ鍵電子對(duì)數(shù)為2，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形，由于含1對(duì)孤電子對(duì)，故SO2分子為V形。氧原子的價(jià)電子排布為2s22p4，有2個(gè)未成對(duì)電子，兩個(gè)氧原子各用1個(gè)未成對(duì)電子（p軌道）與硫形成共用電子對(duì)（鍵），各用1個(gè)未成對(duì)電子（p軌道）與硫原子未雜化的p軌道形成大鍵，表示為。SO2分子中，孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力大于成鍵電子對(duì)與成鍵電子對(duì)間的斥力，故兩個(gè)S—O鍵的鍵角小于120；而NO3-中中心原子N上的孤電子對(duì)數(shù)為×（5+1-3×2）=0，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，VSEPR模型為平面三角形，由于不含孤電子對(duì)，NO3-為平面三角形，NO3－中N—O鍵的鍵角等于120。

(5) 1個(gè)砷化鎵晶胞中，有Ga、As 原子各4個(gè)，8個(gè)原子總體積為V原子＝×4+×4；

1個(gè)晶胞的體積；

砷化鎵晶體的空間利用率為＝。