Question

6．金屬在化工生產及日常生活中有著廣泛的應用，如鐵、鉻、鎵等在現(xiàn)代工業(yè)中備受青睞．

（1）鉻是一種硬而脆、抗腐蝕性強的金屬，常用于電鍍和制造特種鋼．基態(tài)Cr原子中，未成對電子數(shù)有6個，Cr³⁺的價電子排布式為3d³．
（2）Zn與Ga的第一電離能從大到小的順序為Zn＞Ga．
（3）鎵與第VA族元素可形成多種新型人工半導體材料，砷化鎵（GaAs）就是其中一種，其晶體結構如圖1所示（白色球代表As原子）．在GaAs晶體中，距離每個Ga原子最近的As原子有4個，距離每個As原子最近的As原子有12個．
（4）與As同主族的短周期元素是N、PO、AsH₃ 空間構型為三角錐形；一定壓強下將AsH₃和NH₃、PH₃的混合氣體降溫時首先液化的是NH₃，理由是因為氨分子間存在氫鍵，分子間作用力更大，沸點更高，降溫時先液化．
（5）鐵的多種化合物均為磁性材料，氮化鐵是其中一種，某氮化鐵的晶胞結構如圖2所示，則氮化鐵的化學為Fe₄N；設晶胞邊長為acm．，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，該晶體的密度為$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$ g•cm^-3（用含2和比的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)Cr原子核外有24個電子，3d能級上有5個電子、4s能級上有1個電子，這六個電子都未成，Cr原子失去4s能級上1個電子、3d能級上2個電子生成Cr³⁺，該離子3d能級上電子為其價電子；
（2）原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時最穩(wěn)定，原子越穩(wěn)定，其第一電離能越大；
（3）在GaAs晶體中，距離每個Ga原子最近的As原子有4個，距離每個As原子最近的As原子個數(shù)=3×8÷2；
（4）與As同主族的短周期元素是N、P，所經(jīng)AsH₃的結構應與NH₃相似，NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高；
（5）根據(jù)均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數(shù)為1，F(xiàn)e原子數(shù)為1×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，進而確定氮化鐵的化學式，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算密度．

解答 解：（1）基態(tài)Cr原子核外有24個電子，3d能級上有5個電子、4s能級上有1個電子，這六個電子都未成，Cr原子失去4s能級上1個電子、3d能級上2個電子生成Cr³⁺，該離子3d能級上電子為其價電子，所以其價電子排布式為3d³，故答案為：6；3d³；
（2）原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時最穩(wěn)定，原子越穩(wěn)定，其第一電離能越大，Zn原子各個軌道上電子處于全滿，Ga原子4p軌道上只有一個電子，所以第一電離能Zn＞Ga，故答案為：Zn＞Ga；
（3）在GaAs晶體中，距離每個Ga原子最近的As原子有4個，距離每個As原子最近的As原子個數(shù)=3×8÷2=12，
故答案為：4；12；
（4）氨分子中氮原子按sp³方式雜化，N與As同主族，所經(jīng)AsH₃的結構應與NH₃相似，AsH₃中心原子雜化的類型為sp³，為三角錐形結構，NH₃分子之間有氫鍵，沸點較高，所以一定壓強下將AsH₃和NH₃．PH₃的混合氣體降溫是首先液化的是NH₃，
故答案為：三角錐形；NH₃；氨分子間存在氫鍵，分子間作用力更大，沸點更高，降溫時先液化；
（5）根據(jù)均攤法在氮化鐵晶胞中，含有N原子數(shù)為1，F(xiàn)e原子數(shù)為1×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，氮化鐵的化學式為Fe₄N，晶胞的體積為a³cm³，所以ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{56×4+14}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$g•cm^-3=$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：Fe₄N；$\frac{238}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、微粒空間構型判斷、氫鍵等知識點，側重考查學生知識綜合應用、空間想象及計算能力，難點是晶胞計算，注意氫鍵只影響熔沸點而不影響氫化物穩(wěn)定性．