Question

【題目】氮的化合物在農藥生產及工業制造業等領域用途非常廣泛，請根據提示回答下列相關問題：

(1)基態氮原子的電子排布式為____，碳、氮、氧元素的第一電離能由小到大的順序為______(用元素符號表示)。

(2)NH4Cl中陽離子的空間構型為______，與NH4+互為等電子體的一種非極性分子的化學式為________。

(3)NH4Cl受熱易分解產生氨氣，向CuSO4溶液中通入氨氣至過量，產生藍色沉淀，隨后沉淀溶解得到深藍色溶液，該溶液中存在的配離子的結構式為_______（配位鍵用→表示）。

(4)GaAs與GaN均為原子晶體，GaAs熔點為1238℃，GaN熔點約為1500°，GaAs熔點低于GaN的原因為_________。

(5)GaAs的晶胞結構如圖所示，其中As原子形成的空隙類型有正八面體形和正四面體形，該晶胞中Ga原子所處空隙類型為_______。已知GaAs的密度為ρ g/cm3，Ga和As的摩爾質量分別為 MGa g/mol和MAsg/mol，阿伏伽德羅常數的值為NA，則GaAs晶胞中Ga之間的最短距離為_______pm（寫出表達式）。

Answer 1

【答案】1s22s22p3 C＜O＜N 正四面體 CH4 GaN中N原子半徑小，Ga-N鍵長比Ga-As短，鍵能更大，熔點更高 正四面體形

【解析】

(1)N處于第二周期VA族；同一周期主族元素隨原子序數增大，第一電離能呈增大趨勢，N原子2p軌道為半充滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素；

(2)NH4Cl中氮原子形成4個N-H鍵，沒有孤電子對，雜化軌道數目為4；與NH4+互為等電子體的一種非極性分子可以用碳原子替換N原子與1個單位正電荷；

(3)氨氣分子中N原子提供孤電子對，銅離子提供空軌道，NH3與Cu2+形成[Cu(NH3)4]2+配離子；

(4)從物質的晶體類型、原子半徑大小分析物質熔沸點的高低；

(5)Ga原子周圍與之距離最近寫相等的As原子有4個，形成正四面體結構，Ga處于正四面體的中心。四面體棱長即為Ga之間的最短距離，由幾何知識可知二者距離等于晶胞體對角線長度的倍，均攤法計算晶胞中Ga、As原子數目，計算晶胞質量，結合晶胞質量=晶胞體積×晶體密度計算晶胞棱長。

(1)N是7號元素，原子核外電子排布2、5，處于第二周期VA族，價電子排布式為：2s22p3；同一周期的主族元素，隨原子序數增大，元素的第一電離能呈增大趨勢，但N原子2p軌道為半充滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰的O元素，故第一電離能：C＜O＜N；

(2)NH4Cl中氮原子形成了4個N-H鍵，沒有孤電子對，雜化軌道數目為4，N原子雜化方式為：sp3，空間構型為正四面體形；與NH4+互為等電子體的一種非極性分子可以用碳原子替換N原子與1個單位正電荷，該非極性分子為：CH4；

(3)氨氣分子中N原子上有一對孤電子對，N原子提供孤電子對，銅離子提供空軌道，NH3與Cu2+形成[Cu(NH3)4]2+配離子，配離子結構式為；

(4)GaAs與GaN均為原子晶體，原子間通過共價鍵結合，由于原子半徑N<As，原子共價鍵的鍵長Ga-As>Ga-N，鍵長越長，共價鍵的結合的牢固程度就越強，斷裂共價鍵使物質熔化、氣化需要的能量就越高，即物質的熔沸點越高，所以GaAs熔點低于GaN；

(5)Ga原子周圍與之距離最近寫相等的As原子有4個，形成正四面體結構，Ga處于正四面體的中心。四面體棱長即為Ga之間的最短距離，由幾何知識可知二者距離等于晶胞體對角線長度的倍，晶胞中Ga原子數目為4、As原子數目=8×+6×=4，故晶胞質量=4×g，設晶胞棱長為a pm，則：4×g=ρgcm-3×(a×10-10cm)3，解得a=×1010，故GaAs晶胞中Ga之間的最短距離=××1010pm。