Question

《日华子本草》中已有关于雄黄的记载“雄黄，通赤亮者为上，验之可以虫死者为真。”雄黄（As₄S₄)和雌黄（As₂S₃)是提取砷的主要矿物原料，二者在自然界中共生。 回答下列问题：

(1)基态砷原子的价电子轨道排布图为_______，核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图形状为_______。

(2) S、P和N三种元素第一电离能由大到小的顺序是_______。

(3) 雄黄（As₄S₄)的结构如图1所示，S原子的杂化形式为_______。

(4) SO₂分子中的键数为______个，分子的空间构型为_______。分子中的大键可用符号表示，其中m代表参与形成大键的原子数，n代表参与形成大键的电子数（如苯分子中的大键可表示为），则SO₂中的大键应表示为______。SO₂分子中S—O键的键角_____NO₃^－中N—O键的键角（填“> ”、“<”、“=”）。

(5)砷化镓是优良的半导体材料，密度为 g • cm^－３，其晶胞结构如图2所示。Ga和As 原子半径分别为r₁ pm和r₂ pm，阿伏加德罗常数值为N_A，则砷化镓晶体的空间利用率为________。

Answer

纺锤形或哑铃形 N>P>S sp3 2 V形（折线形） <

【解析】

根据主族元素第一电离能的变化规律和“反常”现象，比较第一电离能的大小；运用杂化轨道理论判断中心原子的杂化类型，运用价层电子对互斥理论推断分子形状、比较键角大小；根据晶胞结构计算原子空间利用率。

(1)砷为33号元素，As位于第4周期第VA族，其价电子即最外层电子。基态砷原子的价电子轨道排布图为，核外电子占据的最高能级是4p，该能级的电子云轮廓图为纺锤形或哑铃形。

(2)主族元素第一电离能的变化规律为：同主族由上而下依次减小，同周期从左至右呈增大趋势，但IIA、VA族元素“反常”。S、P和N三种元素第一电离能由大到小的顺序是N>P>S。

(3)S、As原子的最外层分别有6个、5个电子，达到8电子稳定结构需分别形成2对、3对共用电子对，故雄黄（As4S4)分子结构中，黑球、白球分别表示硫、砷原子。每个硫原子都有4对价层电子对（2对σ键电子对、2对孤电子对），S原子都是sp3杂化。

(4) SO2分子中，S原子结合2个O原子，有2个键。中心原子S的孤电子对数为×（6-2×2）=1，σ键电子对数为2，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，由于含1对孤电子对，故SO2分子为V形。氧原子的价电子排布为2s22p4，有2个未成对电子，两个氧原子各用1个未成对电子（p轨道）与硫形成共用电子对（键），各用1个未成对电子（p轨道）与硫原子未杂化的p轨道形成大键，表示为。SO2分子中，孤电子对与成键电子对间的斥力大于成键电子对与成键电子对间的斥力，故两个S—O键的键角小于120º；而NO3-中中心原子N上的孤电子对数为×（5+1-3×2）=0，价层电子对数为3，VSEPR模型为平面三角形，由于不含孤电子对，NO3-为平面三角形，NO3－中N—O键的键角等于120º。

(5) 1个砷化镓晶胞中，有Ga、As 原子各4个，8个原子总体积为V原子＝×4+×4；

1个晶胞的体积；

砷化镓晶体的空间利用率为＝。