Question

【題目】2020年2月15日，由國家科研攻關組的主要成員單位的專家組共同研判磷酸氯喹在細胞水平上能有效抑制新型冠狀病毒(SARS－CoV－2)的感染。磷酸氯喹的結構如圖所示，據此回答下列問題。

(1)C、N、O三種元素第一電離能從大到小的順序為_____________；電負性χ(P)_____χ(Cl)(填“＞”或“＜”)；

(2)磷酸氯喹中N原子的雜化方式為_____，NH3是一種極易溶于水的氣體，其沸點比AsH3的沸點高，其原因是___________；

(3)磷化鎵與砷化鎵是兩種由ⅢA族元素與ⅤA族元素人工合成的Ⅲ－Ⅴ族化合物半導體材料。其晶胞結構可看作金剛石晶胞內部的碳原子被P(As)原子代替，頂點和面心的碳原子被Ga原子代替。

①基態Ga原子核外電子排布式為__________；

②砷化鎵晶體中含有的化學鍵類型為___________(填選項字母)；

A.離子鍵 B.配位鍵 C.σ鍵 D.π鍵 E.極性鍵 F.非極性鍵

③磷化鎵與砷化鎵具有相似的晶體結構，其中熔點較高的是__________(填化學式)，原因是_______________；

④以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置。稱作原子分數坐標。如圖為沿y軸投影的磷化鎵晶胞中所有原子的分布圖。若原子1的原子分數坐標為(0.25，0.25，0.75)，則原子2的原子分數坐標為__________；若磷化鎵的晶體密度為ρ g·cm－3，阿伏加德羅常數的值為NA，則晶胞中Ga和P原子的最近距離為__________ pm(用代數式表示)。

Answer 1

【答案】N＞O＞C ＜ sp2、sp3 NH3中N的電負性比AsH3中As的大得多，故NH3易形成分子間氫鍵，從而使其沸點升高；也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大 1s22s22p63s23p63d104s24p1 BCE GaP 二者均為共價晶體，P原子半徑小于As，P－Ga鍵長小于As－Ga鍵長，GaP鍵能更大，熔點更高 (0.25，0.25，0.25)

【解析】

(1)同一周期元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但是第IIA族、第VA族第一電離能大于其相鄰元素；根據P和Cl的非金屬性分析判斷電負性；

(2)磷酸氯喹中N原子有兩種情況，價層電子對數分別是3、4，根據價層電子對互斥理論判斷N原子軌道類型；NH3分子之間形成氫鍵，NH3也容易與H2O形成分子間氫鍵，據此分析解答；

(3)①Ga為31號元素，位于第四周期第ⅢA族，據此分析解答；

②金剛石晶胞內部的碳原子數為4，頂點和面心的碳原子為4，所以磷化鎵晶體為原子晶體，每個P與4個Ga以單鍵相連，每個Ga也與4個P以單鍵相連，而P最外層有5個電子、Ga最外層有3個電子，只能形成三對共用電子對，它們之間有四個共價鍵，所以有一個配位鍵，據此分析判斷；

③二者都是原子晶體，砷的原子半徑大于磷，據此分析解答；

④P原子1和P原子2及其對稱的另外兩個P原子為正四面體結構，根據投影圖可知晶胞在三維坐標的位置如圖，晶胞頂點Ga原子與四面體中心P原子連線的距離等于體對角線長度的，據此分析計算。

(1)同一周期元素第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但是第IIA族、第VA族第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能N＞O＞C；P的非金屬性小于氯，電負性：P＜Cl，故答案為：N＞O＞C；＜；

(2)磷酸氯喹中N原子有兩種情況，價層電子對數分別是3、4，N原子雜化類型分別為sp2、sp3；NH3分子間能形成氫鍵，而AsH3分子間不能形成氫鍵，所以NH3沸點高，NH3也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大，故答案為：sp2、sp3；NH3中N的電負性比AsH3中As的大得多，故NH3易形成分子間氫鍵，從而使其沸點升高；也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大；

(3)①Ga為31號元素，位于第四周期第ⅢA族，基態Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，故答案為：1s22s22p63s23p63d104s24p1；

②金剛石晶胞內部的碳原子數為4，頂點和面心的碳原子為4，所以磷化鎵晶體為原子晶體，只存在共價鍵，每個P與4個Ga以單鍵相連，每個Ga也與4個P以單鍵相連，而P最外層有5個電子、Ga最外層有3個電子，只能形成三對共用電子對，它們之間有四個共價鍵，所以有一個配位鍵，P與Ga之間存在的單鍵是極性共價鍵，是σ鍵，故答案為：BCE；

③二者都是原子晶體，砷的原子半徑大于磷，磷化鎵中鍵長小于砷化鎵中的鍵長，熔點較高的是GaP，故答案為：GaP；二者均為共價晶體，P原子半徑小于As，P－Ga鍵長小于As－Ga鍵長，GaP鍵能更大，熔點更高；

④P原子1和P原子2及其對稱的另外兩個P原子為正四面體結構，根據投影圖可知晶胞在三維坐標的位置如圖，則原子2的分數坐標為(0.25，0.25，0.25)；晶胞中P原子數為4，Ga原子數為8×+6×=4，化學式為GaP，晶胞的質量m=g=g，晶胞的體積V===cm3，晶胞的邊長a=cm，P原子與周圍最近的4個Ga原子形成正四面體，晶胞頂點Ga原子與四面體中心P原子連線處于晶胞體對角線上，且二者距離等于體對角線長度的，而體對角線長度等于晶胞棱長的倍，所以晶胞中Ga和P原子的最近距離為a=×cm=××1010pm，故答案為：(0.25，0.25，0.25)；××1010。