Question

【题目】氮（N）、磷（P）、砷（As）等ⅤA元素化合物在研究和生产中有重要用途。如我国科研人员研究发现As2O3或写成As4O6，俗称砒霜）对白血病有明显的治疗作用。回答下列问题：

（1）As原子的简化的核外电子排布式为_____；P的第一电离能比S大的原因为________。

（2）写出一种与CN-互为等电子体的分子___（用化学式表示）；(SCN)2分子中σ键和π键个数比为__。

（3）砒霜剧毒，可用石灰消毒生成AsO33-少量AsO43-，其中AsO33-中As的杂化方式为___，AsO43-的空间构型为___。

（4）NH4+中H-N-H键角比NH3中H-N-H的键角大的原因是____；NH3和水分子与铜离子形成的化合物中阳离子呈轴向狭长的八面体结构（如图Ⅰ），该化合物加热时首先失去水，请从原子结构角度加以____。

（5）BN的熔点为3000℃，密度为2.25g/cm3，其晶胞结构如上图Ⅱ所示，晶体中一个B原子周围距离最近的N原子有____个；若原子半径分别为rN和rB，阿伏加德罗常数值为NA，则BN晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 P的p能级是半充满状态，比较稳定，所以第一电离能比硫大 CO或N2 5:4 sp3 正四面体 NH4+的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH4+中H-N-H键角比NH3中大 由于O原子半径小，电负性大，提供孤对电子能力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子 4 ×100%

【解析】

（1）As原子核外有33个电子，根据构造原理判断核外电子排布。第ⅤA族元素最外层p轨道是半充满状态，比相邻主族元素第一电离能大；

（2）CN-原子数为2，价电子数为10，找等电子体可用“替代法”；（SCN）2的结构式为NC—S—S—CN，根据结构式找σ键和π键个数；

（3）先计算AsO33-中As上的孤电子对数，成键电子对数等于配对原子数，As的价层电子对数=孤电子对数+成键电子对数，然后分析杂化方式和空间构型；

（4）孤对电子与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，这是导致键角大小的原因；加热时首先失去水，说明水分子与Cu2+形成的配位键弱于NH3分子，然后分析水分子形成的配位键弱于氨分子原因即可；

（5）根据晶胞图判断一个N原子周围距离最近的B原子有多少个；用“均摊法”求B原子个数和N原子个数，然后求出晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分比就是空间利用率。

（1）As原子核外有33个电子，根据构造原理，As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar] 3d104s24p3。P和S都处于第三周期，S的价电子排布式为3s23p4，P的价电子排布式为3s23p3，P的3p能级处于半充满，比较稳定，P的第一电离能比S的大；答案：1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3；P的p能级是半充满状态，比较稳定，所以第一电离能比硫大；

（2）用“替代法”，与CN-互为等电子体的粒子有CO、N2、C22-等；（SCN）2的结构式为NC—S—S—CN，单键全是σ键，三键中有1个σ键和2个π键，（SCN）2分子中有5个σ键、4个π键，σ键和π键个数比为5:4；答案：CO或N2、5:4；

（3）AsO33-中As上的孤电子对数=（5+3-32）=1，成键电子对数为3，As的价层电子对数为1+3=4，As的杂化方式为sp3杂化；AsO43-中As上的孤电子对数=（5+3-42）=0，成键电子对数为4，As的价层电子对数为0+4=4，AsO43-的VSEPR模型为正四面体，由于没有孤电子对，AsO43-的空间构型为正四面体；答案： sp3；正四面体；

（4）NH4+中H—N—H的键角比NH3中H—N—H的键角大的原因是：NH4+中的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH4+中H-N-H的键角比NH3中大；NH3和水分子与铜离子形成的化合物中阳离子呈轴向狭长的八面体结构，该化合物加热时首先失去水，说明水分子与Cu2+形成的配位键弱于NH3分子，原因是：O原子半径小，电负性大，提供孤对电子能力比N原子弱，故水分子与Cu2+形成的配位键弱于氨分子；答案：NH4+的氮原子上均为成键电子，而NH3分子中的氮原子上有一对孤对电子，孤对电子与成键电子之间的排斥力强于成键电子与成键电子之间的排斥力，导致NH4+中H-N-H键角比NH3中大；由于O原子半径小，电负性大，提供孤对电子能力比N原子弱，故水分子形成的配位键弱于氨分子；

（5）用“均摊法”，B：8+6=4，N：4，该晶体的化学式为BN，根据晶胞，晶体中一个N原子周围距离最近的B原子有4个，则一个B原子周围距离最近的N原子有4个。一个晶胞中原子的体积为4（πrN3+πrB3）pm3=4（πrN3+πrB3）10-30cm3，1mol晶体的质量为25g，1mol晶体的体积为25g2.25g/cm3，晶胞的体积为4（25g2.25g/cm3NA），BN晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为4（πrN3+πrB3）10-30cm3[4（25g2.25g/cm3NA）]=×100%；答案：×100%。