Question

物质结构与性质分钒、砷均属于第四周期元素，最高正价均为+5。

I.高纯度砷可用于生产具有“半导体贵族”之称的新型半导体材料 GaAs，砷与氯气反应可得到 AsCl₃、AsCl₅两种氯化物。

（1）两种氯化物分子中属于非极性分子的是 ，AsCl₃分子的中心原子杂化类型是           ，分 子构型是          。

（2）Ga 与 As 相比，第一电离能较大的元素是               ，GaAs 中砷的化合价为             。研究表明，在 GaAs 晶体中，Ga、As 原子最外电子层均达到 8 电子稳定结构，则 GaAs 的晶体类型是                      ，晶体中化学键的键角是                   。

II.钒是一种重要的战略金属，其最主要的用途是生产特种钢，其化合价有+5、+4、+3、+2 等，工业上从炼钢获得的富钒炉渣中(内含 V₂O₅)提取钒的过程如下。

（3）基态钒原子的电子排布式为                    ，上述钒的几种价态中，最稳定的是      价；写出①、②反应的化学方程式：                 、               。

（4）已知单质钒的晶胞为则 V 原子的配位数是         ，假设晶胞的边长为 d cm， 密度为 ρ g/cm³，则钒的相对原子质量为              。

Answer

（1） AsCl5；sp3杂化；三角锥型；

（2） As；-3；原子晶体；109°28′；

II.（3） 1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4） 8；ρd3NA。

【解析】试题分析：（1） AsCl3中As的价层电子对数=3+（5-1×3）=4，采用sp3杂化，为三角锥型分子，是极性分子；AsCl5中As的价层电子对数=5+（5-1×5）=5，为三角双锥型分子，是非极性分子，故答案为：AsCl5；sp3杂化；三角锥型；

（2） 同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能As＞Ga，GaAs 中砷的电负性大于镓，所以砷显-3价；由晶体中镓、砷原子最外层电子数目知，镓与砷之间形成了四个共价键（其中有一个为配位键），晶体中每个镓原子、砷原子均与另外四个原子成键，形成空间网状结构的晶体，属于原子晶体，晶体中化学键的键角是109°28′，故答案为：As；-3；原子晶体；109°28′；

II.（3） 钒是23号元素，原子核外电子数为23，基态原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2，钒的价电子数为5，结合流程图，在钒的几种价态中，最稳定的是+5价。反应①是V2O5在空气中与氯化钠反应生成NaVO3，根据化合价的变化情况，Cl元素化合价升高，生成氯气，反应的方程式为2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；反应②是V2O5被钙还原生成V，反应的方程式为V2O5+5Ca=2V+5CaO，故答案为：1s22s22p63s23p63d34s2或[Ar]3d34s2；+5；2V2O5+4NaCl+O2=4NaVO3+2Cl2；V2O5+5Ca=2V+5CaO；

（4）根据晶胞图可知，每个矾原子周围距离最近的有8个矾原子，所以矾的配位数为8，每个晶胞中含有的矾原子数为1+8×=2，晶胞的体积为d3cm3，根据ρ＝可知，钒的相对原子质量M=ρVNA=ρd3NA，故答案为：8；ρd3NA。

【考点定位】考查原子核外电子的排布、原子轨道杂化方式及杂化类型判断、晶胞的计算

【名师点睛】本题考查原子核外电子的排布规律、原子轨道杂化方式及杂化类型判断、晶胞的计算等知识。掌握基础知识和基本技能是解题的关键。根据构造原理可以确定核外电子排布式。①能量最低原理：原子核外电子先占有能量较低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道；②泡利不相容原理：每个原子轨道上最多只能容纳 2个自旋状态 相反的电子；③洪特规则：在等价轨道（相同电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。杂化类型的判断：中心原子电子对计算公式：电子对数n=（中心原子的价电子数+配位原子的成键电子数±电荷数）。注意：①当上述公式中电荷数为正值时取“-”，电荷数为负值时取“+”；②当配位原子为氧原子或硫原子时，成键电子数为零；根据n值判断杂化类型：一般有如下规律：当n=2，sp杂化；n=3，sp2杂化；n=4，sp3杂化。