Question

【題目】《日華子本草》中已有關于雄黃的記載“雄黃，通赤亮者為上，驗之可以蟲死者為真。”雄黃（As4S4)和雌黃（As2S3)是提取砷的主要礦物原料，二者在自然界中共生。 回答下列問題：

(1)基態砷原子的價電子軌道排布圖為_______，核外電子占據的最高能級的電子云輪廓圖形狀為_______。

(2) S、P和N三種元素第一電離能由大到小的順序是_______。

(3) 雄黃（As4S4)的結構如圖1所示，S原子的雜化形式為_______。

(4) SO2分子中的鍵數為______個，分子的空間構型為_______。分子中的大鍵可用符號表示，其中m代表參與形成大鍵的原子數，n代表參與形成大鍵的電子數（如苯分子中的大鍵可表示為），則SO2中的大鍵應表示為______。SO2分子中S—O鍵的鍵角_____NO3－中N—O鍵的鍵角（填“> ”、“<”、“=”）。

(5)砷化鎵是優良的半導體材料，密度為 g cm－３，其晶胞結構如圖2所示。Ga和As 原子半徑分別為r1 pm和r2 pm，阿伏加德羅常數值為NA，則砷化鎵晶體的空間利用率為________。

Answer 1

【答案】 紡錘形或啞鈴形 N>P>S sp3 2 V形（折線形） <

【解析】

根據主族元素第一電離能的變化規律和“反常”現象，比較第一電離能的大小；運用雜化軌道理論判斷中心原子的雜化類型，運用價層電子對互斥理論推斷分子形狀、比較鍵角大小；根據晶胞結構計算原子空間利用率。

(1)砷為33號元素，As位于第4周期第VA族，其價電子即最外層電子。基態砷原子的價電子軌道排布圖為，核外電子占據的最高能級是4p，該能級的電子云輪廓圖為紡錘形或啞鈴形。

(2)主族元素第一電離能的變化規律為：同主族由上而下依次減小，同周期從左至右呈增大趨勢，但IIA、VA族元素“反常”。S、P和N三種元素第一電離能由大到小的順序是N>P>S。

(3)S、As原子的最外層分別有6個、5個電子，達到8電子穩定結構需分別形成2對、3對共用電子對，故雄黃（As4S4)分子結構中，黑球、白球分別表示硫、砷原子。每個硫原子都有4對價層電子對（2對σ鍵電子對、2對孤電子對），S原子都是sp3雜化。

(4) SO2分子中，S原子結合2個O原子，有2個鍵。中心原子S的孤電子對數為×（6-2×2）=1，σ鍵電子對數為2，價層電子對數為3，VSEPR模型為平面三角形，由于含1對孤電子對，故SO2分子為V形。氧原子的價電子排布為2s22p4，有2個未成對電子，兩個氧原子各用1個未成對電子（p軌道）與硫形成共用電子對（鍵），各用1個未成對電子（p軌道）與硫原子未雜化的p軌道形成大鍵，表示為。SO2分子中，孤電子對與成鍵電子對間的斥力大于成鍵電子對與成鍵電子對間的斥力，故兩個S—O鍵的鍵角小于120；而NO3-中中心原子N上的孤電子對數為×（5+1-3×2）=0，價層電子對數為3，VSEPR模型為平面三角形，由于不含孤電子對，NO3-為平面三角形，NO3－中N—O鍵的鍵角等于120。

(5) 1個砷化鎵晶胞中，有Ga、As 原子各4個，8個原子總體積為V原子＝×4+×4；

1個晶胞的體積；

砷化鎵晶體的空間利用率為＝。