Question

氮、磷、砷同为VA族元素，它们的单质和化合物在生产、生活中有广泛应用。回答下列问题：

（1）下列有关氮原子电子排布图中，能量最低和最高的分别为____、___。

a．           b．

c．          d．

（2）是一种芳环硝化中间体，其中氮原子的杂化轨道类型为____，与互为等电子体的化合物分子是___（任写一种，填化学式）。

（3）C、N、O是第二周期相邻的三种非金属元素，它们的第一电离能由大到小的顺序为____；NH₃是一种极易溶于水的气体，其沸点比AsH₃的沸点______(填“低”或“高”)，其原因是______。

（4）砷是制造新型半导体的材料，同时砷的化合物又具有较强的毒性。

1918年美国人通过反应：HC≡CH+AsCl₃CHCl=CHAsCl₂制造出路易斯毒气。在HC≡CH分子中σ键与π键数目之比为___；AsCl₃分子的空间构型为_____。

（5）2018年7月《Science》报道，BingLv等通过反应：4BI₃+As₄4BAs+6I₂合成了具有极高导热性的半导体新材料BAs。BAs晶胞结构如图所示：

已知该晶胞参数为a pm，N_A表示阿伏加德罗常数，则该晶胞的密度ρ=_____g·cm⁻³（用代数式表示，可不必化简）。

Answer

a c sp CO2（或N2O、CS2等） N>O>C 高 NH3分子间形成氢键，使NH3的沸点反常偏高 3∶2 三角锥形

【解析】

根据核外电子排布规律判断微粒能量的大小；根据杂化轨道理论及等电子体理论分析轨道杂化类型及分子的空间构型；根据元素性质及核外电子排布规律比较元素第一电离能；根据晶胞结构及题干信息进行相关计算。

（1）氮原子核外有7个电子，a项电子排布能量最低；b项电子排布违背洪特规则；c项中1s能级上电子发生跃迁，能量最高；d项中电子排布违背洪特规则。

故答案为a；c ；

（2）NO2+的结构类似CO2，都是直线型结构，氮原子通过两个双键与两个O原子相连，氮原子为sp杂化。与NO2+互为等电子体的化合物有：CO2、CS2或N2O等。

故答案为 sp ； CO2（或N2O、CS2等）；

（3）氮原子由于2p轨道处于半充满状态，第一电离能反常偏大，故C、N、O三者的第一电离能由大到小的顺序为：N>O>C；氮的电负性强，NH3分子之间形成氢键，使其沸点反常偏高；砷的电负性弱，在AsH3分子间不能形成氢键，因而AsH3的沸点低。

故答案为N>O>C；高；NH3分子间形成氢键，使NH3的沸点反常偏高；

（4）在乙炔分子C≡C中含1个σ键2个π键，此外C−H间还有2个σ键，故σ键与π键数目之比3∶2；AsCl3分子类似NH3的结构，As采取sp3杂化，故分子结构为三角锥形。

故答案为3∶2；三角锥形；

（5）在BAs晶胞中B位于顶点和面心，故1个晶胞中含B的个数=8×+6×=4，As位于晶胞内部有4个，故1个晶胞中含4个BAs；则晶胞质量m=ρ·(a×10−10)3=×(11+75) g，故晶胞的密度ρ= g·cm−3。

故答案为 。