Question

【題目】坦桑石的主要化學成分為Ca2Al3(SiO4)3(OH)，還可含有V、Cr、Mn等元素。

(1)下列狀態中的鋁微粒，電離最外層的一個電子所需能量最大的是____________。

①②③④

(2)煙酸鉻是鉻的一種化合物，其合成過程如下：

①Cr原子的價層電子排布圖為 _______________。這樣排布電子遵循的原則是 ______________。

②煙酸中所含元素的第一電離能I1(N)_____ I1(O)，原因是_________________ 。

③煙酸中碳、氮原子的雜化方式分別為 _________________、__________________。

(3)SiCl4、SiF4都極易水解。二者都屬于______(填“極性”或“非極性”)分子，其熔點關系為SiF4 ______SiCl4(填“>”“<”或“=”)。

(4)將Mn摻入GaAs晶體(圖甲)可得到稀磁性半導體材料(圖乙)，圖甲、圖乙晶體結構不變。

①圖乙中a點和b點的原子坐標參數分別為(0，0，0)和(1，1，0)，則c點的原子坐標參數為_______。

②設圖甲晶體的密度為ρg·cm-3，用NA表示阿伏伽德羅常數的數值，則該晶胞中距離最近的兩個砷原子之間的距離為 ___________ pm。(用含ρ、NA的關系式表示最簡化的計算式即可)

Answer 1

【答案】④ 洪特規則特例 > 氮、氧原子的價電子排布分別為2s22p3、2s22p4，其中2p3為半充滿結構，更穩定，故氮原子的第一電離能大于氧原子。 sp2 sp2 非極性 < (0，1/2，1/2)

【解析】

電離能關系：基態>激發態，第一電離能<第二電離能<第三電離能；原子為半充滿或全充滿時，電子較穩定，第一電離能較大；雜化方式采用雜化軌道理論進行解題；距離的計算，先用均攤法確定GaAs晶體的化學式為，其摩爾質量為，則一個晶胞質量為，由算出晶胞體積，再計算邊長即可。

(1)電離最外層的一個電子所需能量關系為：基態>激發態，第一電離能<第二電離能<第三電離能，①為基態原子，失去最外層一個電子，為第一電離能；②為失去一個電子后的粒子，再失去一個電子為第二電離能；③④都是失去兩個電子后的粒子，再失去一個電子為第三電離能，但是③是激發態，④是基態，故有①<②<③<④，所以最大的是④；

(2)①Cr原子為24號元素，價電子為3d54s1,價層電子排布圖為 ，這種狀態為半充滿，滿足當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態原子中的電子總是優先單獨占據一個軌道，而且自旋狀態相同，所以原則是洪特規則特例；

②同一周期，第一電離能能增大的趨勢，但是氮原子為半充滿，較穩定，第一電離能大于后面的氧原子，所以第一電離能I1(N) > I1(O)，原因是氮、氧原子的價電子排布分別為2s22p3、2s22p4，其中2p3為半充滿結構，更穩定，故氮原子的第一電離能大于氧原子；

③煙酸中碳原子無孤電子對，價層電子對為3，雜化方式為sp2，氮原子孤電子對數為，價層電子對為2+1=3，雜化方式為sp2；

(3)SiCl4、SiF4都是正四面體構型，所以二者都屬于非極性分子；由于相對分子質量SiF4<SiCl4，分子間作用力SiF4<SiCl4，分子間作用力越大熔沸點越高，所以熔點關系為SiF4<SiCl4；

(4) ①圖乙中a點和b點的原子坐標參數分別為(0，0，0)和(1，1，0)，而c點所在的位置為一個正方形的中心，則c點的原子坐標參數為；

②先用均攤法確定GaAs晶體的化學式，即Ga原子數為，而As正好處于晶胞體內，As原子個數為4，因此GaAs晶體的化學式為，其摩爾質量為，則一個晶胞質量為，由算出晶胞體積則邊長為，而甲晶體中最近的兩個Ga原子正好位于面心和頂點，距離為。