Question

【物质结构与性质】 (15 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）AsCl₃分子的空间构型是              ，中心原子杂化类型是           。两种氯化物分子中属于非极性分子的是                。

（2）Ga与As相比，第一电离能较小的元素是           ，GaAs中砷的化合价为              。

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）基态钒原子的价电子排布式为                       ，写出反应①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 a cm， 密度为 ρ g/cm³，则钒的相对原子质量为            。

Answer

（1）三角锥形；sp3杂化；AsCl5

（2）Ga；－3

（3）3d34s2；2V2O5＋4NaCl＋O24NaVO3＋2Cl2

（4）8；NAρa3/2

【解析】

试题分析：（1）AsCl3分子的价层电子对数为4，含有一对孤对电子，所以立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。AsCl3分子属于极性分子，AsCl5分子为正六面体构型，属于非极性分子。

（2）同周期自左向右原子半径逐渐减下，则原子半径Ga大于As，由于As的4p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，所以第一电离能较小的元素是Ga；GaAs中砷的化合价为-3价。

（3）V为23号元素，根据构造原理知基态钒原子的价电子排布式为3d34s2，根据题给流程知V2O5、NaCl在空气中焙烧生成NaVO3和氯气，化学方程式为2V2O5＋4NaCl＋O2 4NaVO3＋2Cl2。

（4）根据单质钒的晶胞结构知V 原子的配位数是8，利用切割法计算每个晶胞中含有V的数目为8×1/8+1=2，则1mol晶胞的质量为2Mg，晶胞的边长为 a cm，则1mol晶胞的体积为NAacm3 ，晶胞密度为 ρ g/cm3，则钒的相对原子质量为NAρa3/2。

考点：考查物质结构与性质，涉及原子结构、分子结构和晶胞计算