Question

【題目】氮（N）、磷（P）、砷（As）等ⅤA元素化合物在研究和生產中有重要用途。如我國科研人員研究發現As2O3或寫成As4O6，俗稱砒霜）對白血病有明顯的治療作用。回答下列問題：

（1）As原子的簡化的核外電子排布式為_____；P的第一電離能比S大的原因為________。

（2）寫出一種與CN-互為等電子體的分子___（用化學式表示）；(SCN)2分子中σ鍵和π鍵個數比為__。

（3）砒霜劇毒，可用石灰消毒生成AsO33-少量AsO43-，其中AsO33-中As的雜化方式為___，AsO43-的空間構型為___。

（4）NH4+中H-N-H鍵角比NH3中H-N-H的鍵角大的原因是____；NH3和水分子與銅離子形成的化合物中陽離子呈軸向狹長的八面體結構（如圖Ⅰ），該化合物加熱時首先失去水，請從原子結構角度加以____。

（5）BN的熔點為3000℃，密度為2.25g/cm3，其晶胞結構如上圖Ⅱ所示，晶體中一個B原子周圍距離最近的N原子有____個；若原子半徑分別為rN和rB，阿伏加德羅常數值為NA，則BN晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 P的p能級是半充滿狀態，比較穩定，所以第一電離能比硫大 CO或N2 5:4 sp3 正四面體 NH4+的氮原子上均為成鍵電子，而NH3分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子與成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子與成鍵電子之間的排斥力，導致NH4+中H-N-H鍵角比NH3中大 由于O原子半徑小，電負性大，提供孤對電子能力比N原子弱，故水分子形成的配位鍵弱于氨分子 4 ×100%

【解析】

（1）As原子核外有33個電子，根據構造原理判斷核外電子排布。第ⅤA族元素最外層p軌道是半充滿狀態，比相鄰主族元素第一電離能大；

（2）CN-原子數為2，價電子數為10，找等電子體可用“替代法”；（SCN）2的結構式為NC—S—S—CN，根據結構式找σ鍵和π鍵個數；

（3）先計算AsO33-中As上的孤電子對數，成鍵電子對數等于配對原子數，As的價層電子對數=孤電子對數+成鍵電子對數，然后分析雜化方式和空間構型；

（4）孤對電子與成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子與成鍵電子之間的排斥力，這是導致鍵角大小的原因；加熱時首先失去水，說明水分子與Cu2+形成的配位鍵弱于NH3分子，然后分析水分子形成的配位鍵弱于氨分子原因即可；

（5）根據晶胞圖判斷一個N原子周圍距離最近的B原子有多少個；用“均攤法”求B原子個數和N原子個數，然后求出晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分比就是空間利用率。

（1）As原子核外有33個電子，根據構造原理，As原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar] 3d104s24p3。P和S都處于第三周期，S的價電子排布式為3s23p4，P的價電子排布式為3s23p3，P的3p能級處于半充滿，比較穩定，P的第一電離能比S的大；答案：1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3；P的p能級是半充滿狀態，比較穩定，所以第一電離能比硫大；

（2）用“替代法”，與CN-互為等電子體的粒子有CO、N2、C22-等；（SCN）2的結構式為NC—S—S—CN，單鍵全是σ鍵，三鍵中有1個σ鍵和2個π鍵，（SCN）2分子中有5個σ鍵、4個π鍵，σ鍵和π鍵個數比為5:4；答案：CO或N2、5:4；

（3）AsO33-中As上的孤電子對數=（5+3-32）=1，成鍵電子對數為3，As的價層電子對數為1+3=4，As的雜化方式為sp3雜化；AsO43-中As上的孤電子對數=（5+3-42）=0，成鍵電子對數為4，As的價層電子對數為0+4=4，AsO43-的VSEPR模型為正四面體，由于沒有孤電子對，AsO43-的空間構型為正四面體；答案： sp3；正四面體；

（4）NH4+中H—N—H的鍵角比NH3中H—N—H的鍵角大的原因是：NH4+中的氮原子上均為成鍵電子，而NH3分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子與成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子與成鍵電子之間的排斥力，導致NH4+中H-N-H的鍵角比NH3中大；NH3和水分子與銅離子形成的化合物中陽離子呈軸向狹長的八面體結構，該化合物加熱時首先失去水，說明水分子與Cu2+形成的配位鍵弱于NH3分子，原因是：O原子半徑小，電負性大，提供孤對電子能力比N原子弱，故水分子與Cu2+形成的配位鍵弱于氨分子；答案：NH4+的氮原子上均為成鍵電子，而NH3分子中的氮原子上有一對孤對電子，孤對電子與成鍵電子之間的排斥力強于成鍵電子與成鍵電子之間的排斥力，導致NH4+中H-N-H鍵角比NH3中大；由于O原子半徑小，電負性大，提供孤對電子能力比N原子弱，故水分子形成的配位鍵弱于氨分子；

（5）用“均攤法”，B：8+6=4，N：4，該晶體的化學式為BN，根據晶胞，晶體中一個N原子周圍距離最近的B原子有4個，則一個B原子周圍距離最近的N原子有4個。一個晶胞中原子的體積為4（πrN3+πrB3）pm3=4（πrN3+πrB3）10-30cm3，1mol晶體的質量為25g，1mol晶體的體積為25g2.25g/cm3，晶胞的體積為4（25g2.25g/cm3NA），BN晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為4（πrN3+πrB3）10-30cm3[4（25g2.25g/cm3NA）]=×100%；答案：×100%。