Question

12．利用周期表中同族元素的相似性，可預(yù)測元素的性質(zhì)．
（1）P元素的基態(tài)原子有3個未成對電子，白磷的分子式為P₄，其結(jié)構(gòu)如圖1所示．

科學(xué)家目前合成了N₄分子，N原子的雜化軌道類型是sp³，N-N鍵的鍵角為60°；N₄分解后能產(chǎn)生N₂并釋放出大量能量，推測其用途為制造火箭推進(jìn)劑或炸藥．
（2）N、P、As原子的第一電離能由大到小的順序為N＞P＞As．
（3）立方氮化硼晶體的結(jié)構(gòu)如圖2所示：
該晶體中，B原子填充在N原子的正四面體空隙，且占據(jù)此類空隙的比例為50% （填百分?jǐn)?shù)）．
（4）N與As是同族元素，B與Ga是同族元素，立方砷化鎵晶體與立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)類似，兩種晶體中熔點較高的是氮化硼；立方砷化鎵晶體的晶胞邊長為a pm，則其密度為$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{N}_{A}•{a}^{3}}$g•cm^-3 （用含a的式子表示，設(shè)N_A為阿伏加德羅常數(shù)的值）．

Answer 1

分析 （1）P元素原子價電子排布式為3s²2p³；N₄分子與P₄結(jié)構(gòu)相似，為正四面體構(gòu)型，N₄分子中N原子形成3個σ鍵、含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，每個面為正三角形；N₄分解后能產(chǎn)生N₂并釋放出大量能量，可以制造火箭推進(jìn)劑或炸藥；
（2）同主族自上而下第一電離能減��；
（3）B原子周圍的4個N原子形成正四面體結(jié)構(gòu)；每個晶胞中由8個這樣的正四面體結(jié)構(gòu)，只有4個填充B原子；
（4）立方砷化鎵晶體與立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)類似，均屬于原子晶體，原子半徑越小，共價鍵越強，晶體熔點越高；根據(jù)均攤法計算晶胞中As、Ga原子數(shù)目，表示出晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）P元素原子價電子排布式為3s²2p³，基態(tài)原子有3個未成對電子，N₄分子與P₄結(jié)構(gòu)相似，為正四面體構(gòu)型，N₄分子中N原子形成3個σ鍵、含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，N原子采取sp³雜化，每個面為正三角形，N-N 鍵的鍵角為60°；N₄分解后能產(chǎn)生N₂并釋放出大量能量，可以制造火箭推進(jìn)劑或炸藥，
故答案為：3；sp³；60°；制造火箭推進(jìn)劑或炸藥；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，故第一電離能：N＞P＞As，
故答案為：N＞P＞As；
（3）B原子周圍的4個N原子形成正四面體結(jié)構(gòu)；每個晶胞中由8個這樣的正四面體結(jié)構(gòu)，只有4個填充B原子，B原子占據(jù)此類空隙的比例為50%，
故答案為：正四面體；50%；
（4）立方砷化鎵晶體與立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)類似，均屬于原子晶體，原子半徑N＜As、B＜Ga，故氮化硼中共價鍵更強，氮化硼的晶體熔點更高，晶胞中As、Ga原子數(shù)目均為4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g，晶胞密度為4×$\frac{145}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10 cm）³=$\frac{5.8×1{0}^{32}}{{N}_{A}•{a}^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：氮化硼； $\frac{5.8×1{0}^{32}}{{N}_{A}•{a}^{3}}$．

點評 本題考查晶胞的計算，題目難度中等，涉及核外電子排布、雜化方式判斷、分子結(jié)構(gòu)、電離能、晶胞結(jié)構(gòu)與計算、熔沸點比較等知識，（3）為易錯點、難點，需要學(xué)生具備一定的空間想象，注意同周期元素第一電離能異常情況，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．