Question

5．A、VA的某些单质及其化合物常用于制作太阳能电池、半导体材料等．
（1）基态时As原子核外的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³（或[Ar]3d¹⁰4s²4p³）．
（2）硒、溴与砷同周期，三种元素的第一电离能从大到小顺序为Br＞As＞Se（用元素符号表示）．
（3）气态SeO₃分子的立体结构为平面三角形，与SeO₃互为等电子体的一种离子为CO₃^2-或NO₃^-（填化学式）．
（4）硼元素具有缺电子性，因而其化合物往往具有加和性．
①硼酸（H₃BO₃）是一元算酸，写出硼酸在水溶液中的电离方程式H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺．
②硼酸（H₃BO₃）是一种具有片层结构的白色晶体，层内的H₃BO₃分子间通过氢键相连（如图1）．含1mol H3BO3的晶体中有3mol氢键，6molσ键．H₃BO₃中B的原子杂化物类型为sp²．

（5）硅的某种单质的晶胞如图2所示．GaN晶体与该硅晶体相似．则GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体．若该硅晶体的密度为ρg．cm^-3，阿伏伽德罗常数值为N_A，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$•$\root{3}{\frac{224}{ρ{N}_{A}}}$cm（用代数式表示即可）

Answer 1

分析 （1）砷是33号元素，根据原子核外电子排布规律可以写出电子排布式；
（2）同一周期中元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第VA族元素大于其相邻元素；
（3）气态SeO₃分子中中心原子的价层电子对数可以判断分子构型；根据等电子体要求原子总数相同，价电子数相同来确定；
（4）①硼酸为一元弱酸，在水溶液里电离出阴阳离子；
②根据1个正硼酸分子能形成3个氢键，1个正硼酸分子能形成6个σ键，据此计算1mol H₃BO₃的晶体中氢键物质的量；
根据图知，正硼酸（H₃BO₃）中每个B原子连接3个O原子且不含孤电子对，据此确定B原子杂化方式；
（5）单晶硅是Si正四面体向空间延伸的立体网状结构，为原子晶体，GaN晶体结构与单晶硅相似，GaN属于原子晶体，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为与晶硅中Si的结构相似；利用均摊法计算晶胞中Si原子数目，进而计算晶胞质量，再根据V=$\frac{m}{ρ}$计算晶胞体积，计算晶胞棱长，进而计算晶胞体对角线．

解答 解：（1）砷是33号元素，根据原子核外电子排布规律可以写出电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³（或[Ar]3d¹⁰4s²4p³）；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³（或[Ar]3d¹⁰4s²4p³）；
（2）As、Se、Br属于同一周期且原子序数逐渐增大，这三种元素依次属于第IVA族、第VA族、第VIA族，第VA族元素大于其相邻元素的第一电离能，所以3种元素的第一电离能从大到小顺序为：Br＞As＞Se；
故答案为：Br＞As＞Se； 
（3）气态SeO₃分子中中心原子的价层电子对数为$\frac{6+0}{2}$=3，无孤电子对，所以分子构型为平面三角形，又等电子体要求原子总数相同，价电子数相同，所以与SeO₃互为等电子体的一种离子为CO₃^2-或NO₃^-；
故答案为：平面三角形；CO₃^2-或NO₃^-；   
（4）①硼酸为一元弱酸，在水溶液里电离出阴阳离子，其电离方程式为：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；
故答案为：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；
②根据1个正硼酸分子能形成3个氢键，1个正硼酸分子能形成6个σ键，则1molH₃BO₃的晶体中氢键物质的量是3mol，σ键是6mol；
根据图知，正硼酸（H₃BO₃）中每个B原子连接3个O原子且不含孤电子对，据此确定B原子杂化方式为sp²；
故答案为：3；6；sp²；
（5）GaN晶体结构与单晶硅相似，GaN属于原子晶体，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体；
该晶胞中Si个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，故晶胞质量为$\frac{8×28}{{N}_{A}}$g=$\frac{224}{{N}_{A}}$g，硅晶体的密度为ρg•cm^-3，则晶胞棱长=$\root{3}{\frac{\frac{224}{{N}_{A}}}{ρ}}$cm，则晶胞体对角线长度为$\sqrt{3}$•$\root{3}{\frac{\frac{224}{{N}_{A}}}{ρ}}$cm，故最近的两个硅原子之间的距离为$\sqrt{3}$•$\root{3}{\frac{\frac{224}{{N}_{A}}}{ρ}}$cm×$\frac{1}{4}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$•$\root{3}{\frac{224}{ρ{N}_{A}}}$cm；
故答案为：4；正四面体；$\frac{\sqrt{3}}{4}$•$\root{3}{\frac{224}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化方式、分子结构与性质、晶胞计算等，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力，难度中等．