Question

【題目】今年是俄羅斯化學家門捷列夫提出“元素周期律”150周年。門捷列夫為好幾種當時尚未發現的元素如“類鋁”、“類硅”和“類硼”留下了空位。而法國科學家在1875年研究閃鋅礦(ZnS)時發現的“鎵”，正是門捷列夫預言的“類鋁”，性質也是和預言中驚人的相似。

回答下列問題：

(1)①寫出鎵的基態原子的電子排布式______；門捷列夫預言的“類硼”就是現在的鈧、“類硅”即使現在的鍺，這三種元素的原子中，未成對的電子數最多的是______填元素符號。

②下列說法最有可能正確的一項是______。填字母

A.類鋁在時蒸氣壓很高 類鋁的氧化物不能溶于堿

C.類鋁不能與沸水反應 類鋁能生成類似明礬的礬類

氯化鎵熔點77.9℃，其中鎵的雜化方式與下列微粒的中心原子雜化方式相同且氯化鎵空間構型也與其微粒相同的是______。填字母

A.PCl3B.SO3C.CH3-D.NO3-

(3)鎵多伴生在鋁土礦、二硫鎵銅礦等礦中。

①Cu(OH)2可溶于氨水，形成的配合物中，配離子的結構可用示意圖表示為用“”表示出配位鍵______。

②鋅的第一電離能(I1)大于銅的第一電離能，而鋅的第二電離能(I2)卻小于銅的第二電離能的主要原因是______。

(4)2011年，我國將鎵列為戰略儲備金屬，我國的鎵儲量約占世界儲量的80%以上。砷化鎵也是半導體材料，其結構與硫化鋅類似，其晶胞結構如圖所示：

①原子坐標參數是晶胞的基本要素之一，表示晶胞內部各原子的相對位置。圖中A(0,0,0)、、，則此晶胞中，距離A球最遠的黑球的坐標參數為______。

若砷和鎵的原子半徑分別為acm和bcm，砷化鎵的摩爾質量Mg/mol為、密度為ρg/cm3，晶胞中原子體積占空間體積百分率為w即原子體積的空間占有率，則阿伏加德羅常數為______mol-1。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d104s24p1 Ge D BD 失去1個電子后Zn+價電子排布為3d104s1，而Cu+價電子排布為3d10，達到更穩定狀態，故Zn的第二電離能小于Cu的第二電離能

【解析】

(1)①Ga是31號元素，處于第四周期IIIA族，結合能量最低原理書寫核外電子排布式；鍺處于第四周期第IV族、鈧處于第四周期第IIIB族，二者價電子排布式為4s24p2、3d14s2；

②類鋁與Al的性質相似，但類鋁的金屬性比Al強，注意固體的蒸氣壓一般比較小，也隨溫度升髙而增大；

(2)GaCl3中心原子Ga沒有孤對電子，價層電子對數為3，中心原子雜化方式、空間構型與氯化鎵相同的微粒應滿足微粒的中心原子應沒有孤對電子、價層電子對數為3；

(3)①配離子為[Cu(NH3)4] 2+，Cu2+提供空軌道，NH3中N原子提供孤對電子，形成配位鍵；

②第一電離能Cu失去的3d104s1的電子，而Zn能失去的是穩定結構3d104s2的電子。失去1個電子后Zn+價電子排布為3d104s1，而價電子排布為3d10，更穩定；

(4)①晶胞中距離A球最遠的黑球與A球的連線處于晶胞體對角線上，根據幾何原理二者距離等于體對角線長度的，該黑色球距離各坐標平面距離均為晶胞棱長的；

②設阿伏伽德羅常數為NA/mol，均攤法計算晶胞中Ga、As原子數目，用阿伏伽德羅常數、摩爾質量表示出晶胞質量。計算晶胞中Ga、As原子總體積，結合原子體積的空間占有率計算晶胞體積，再利用晶胞質量晶體密度晶胞體積列方程計算。

(1)①Ga是31號元素，處于第四周期IIIA族，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，4p軌道的1個電子為單電子，鍺處于第四周期第IV族、鈧處于第四周期第IIIB族，二者價電子排布式為4s24p2、3d14s2，未成對電子數分別為2、1，故Ge的未成對電子數最多；

②A固體的蒸氣壓一般比較小，類鋁在1000℃時蒸氣壓應該不是很高，A錯誤；

B.氧化鋁溶于堿，類鋁的氧化物也可以溶于強堿，B錯誤；

C.類鋁的金屬性比Al，雖然Al與沸水不反應，但類鋁可能與沸水反應，C錯誤；

類鋁與鋁的結構相似，能生成類似明礬的礬類，D正確；

故合理選項是D；

(2)GaCl3中心原子Ga沒有孤對電子，價層電子對數為3，中心原子雜化方式、空間構型與氯化鎵相同的微粒應滿足微粒的中心原子應沒有孤對電子、價層電子對數為3。

A.PCl3中P原子孤電子對數，價層電子對數1+3=4，A不符合；

B.SO3中S原子孤電子對數，價層電子對數0+3=3，B符合；

C.CH3-中C原子孤電子對數，價層電子對數1+3=4，C不符合；

D.NO3-中N原子孤電子對數，價層電子對數0+3=3，D符合；

故合理選項是BD；

(3)①配離子為[Cu(NH3)4]2+，提供空軌道，NH3中N原子提供孤對電子，形成配位鍵，配離子的結構可以表示為：；

②第一電離能Cu失去的3d104s1的電子，而Zn能失去的是穩定結構3d104s2的電子，故Zn的第一電離能大于Cu的第一電離能。失去1個電子后Zn+價電子排布為3d104s1，而Cu+價電子排布為3d10，Cu+達到更穩定狀態，故Zn的第二電離能小于Cu的第二電離能；

(4)①晶胞中距離A球最遠的黑球與A球的連線處于晶胞體對角線上，根據幾何原理二者距離等于體對角線長度的，該黑色球距離各坐標平面距離均為晶胞棱長的，由坐標參數可知晶胞棱長為1，故該黑色球到各坐標平面的距離均為，故該黑色球的坐標參數為；

②設阿伏伽德羅常數為，晶胞中Ga原子數目，As原子數目=4，晶胞相當于有4個“GaAs”，晶胞質量，晶胞中Ga、As原子總體積，則晶胞的體積為，故，解得。