Question

【题目】氮的化合物在农药生产及工业制造业等领域用途非常广泛，请根据提示回答下列相关问题：

(1)基态氮原子的电子排布式为____，碳、氮、氧元素的第一电离能由小到大的顺序为______(用元素符号表示)。

(2)NH4Cl中阳离子的空间构型为______，与NH4+互为等电子体的一种非极性分子的化学式为________。

(3)NH4Cl受热易分解产生氨气，向CuSO4溶液中通入氨气至过量，产生蓝色沉淀，随后沉淀溶解得到深蓝色溶液，该溶液中存在的配离子的结构式为_______（配位键用→表示）。

(4)GaAs与GaN均为原子晶体，GaAs熔点为1238℃，GaN熔点约为1500°，GaAs熔点低于GaN的原因为_________。

(5)GaAs的晶胞结构如图所示，其中As原子形成的空隙类型有正八面体形和正四面体形，该晶胞中Ga原子所处空隙类型为_______。已知GaAs的密度为ρ g/cm3，Ga和As的摩尔质量分别为 MGa g/mol和MAsg/mol，阿伏伽德罗常数的值为NA，则GaAs晶胞中Ga之间的最短距离为_______pm（写出表达式）。

Answer 1

【答案】1s22s22p3 C＜O＜N 正四面体 CH4 GaN中N原子半径小，Ga-N键长比Ga-As短，键能更大，熔点更高 正四面体形

【解析】

(1)N处于第二周期VA族；同一周期主族元素随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，N原子2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素；

(2)NH4Cl中氮原子形成4个N-H键，没有孤电子对，杂化轨道数目为4；与NH4+互为等电子体的一种非极性分子可以用碳原子替换N原子与1个单位正电荷；

(3)氨气分子中N原子提供孤电子对，铜离子提供空轨道，NH3与Cu2+形成[Cu(NH3)4]2+配离子；

(4)从物质的晶体类型、原子半径大小分析物质熔沸点的高低；

(5)Ga原子周围与之距离最近写相等的As原子有4个，形成正四面体结构，Ga处于正四面体的中心。四面体棱长即为Ga之间的最短距离，由几何知识可知二者距离等于晶胞体对角线长度的倍，均摊法计算晶胞中Ga、As原子数目，计算晶胞质量，结合晶胞质量=晶胞体积×晶体密度计算晶胞棱长。

(1)N是7号元素，原子核外电子排布2、5，处于第二周期VA族，价电子排布式为：2s22p3；同一周期的主族元素，随原子序数增大，元素的第一电离能呈增大趋势，但N原子2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻的O元素，故第一电离能：C＜O＜N；

(2)NH4Cl中氮原子形成了4个N-H键，没有孤电子对，杂化轨道数目为4，N原子杂化方式为：sp3，空间构型为正四面体形；与NH4+互为等电子体的一种非极性分子可以用碳原子替换N原子与1个单位正电荷，该非极性分子为：CH4；

(3)氨气分子中N原子上有一对孤电子对，N原子提供孤电子对，铜离子提供空轨道，NH3与Cu2+形成[Cu(NH3)4]2+配离子，配离子结构式为；

(4)GaAs与GaN均为原子晶体，原子间通过共价键结合，由于原子半径N<As，原子共价键的键长Ga-As>Ga-N，键长越长，共价键的结合的牢固程度就越强，断裂共价键使物质熔化、气化需要的能量就越高，即物质的熔沸点越高，所以GaAs熔点低于GaN；

(5)Ga原子周围与之距离最近写相等的As原子有4个，形成正四面体结构，Ga处于正四面体的中心。四面体棱长即为Ga之间的最短距离，由几何知识可知二者距离等于晶胞体对角线长度的倍，晶胞中Ga原子数目为4、As原子数目=8×+6×=4，故晶胞质量=4×g，设晶胞棱长为a pm，则：4×g=ρgcm-3×(a×10-10cm)3，解得a=×1010，故GaAs晶胞中Ga之间的最短距离=××1010pm。