Question

人类对物质结构的探索永无止境。回答下列问题：

（1）碳硼烷酸［化学式为H(CHB₁₁Cl₁₁)是目前世界上已知的最强酸，但腐蚀性很小，可以作为无污染的酸催化剂。现代化学中常利用的___特征谱线来鉴定元素。组成碳硼烷酸的4种元素中，基态原子中未成对电子数最多的是___（填电子排布式）。

（2）石墨炔是我国科学家在2010年首次制得一种新的碳的同素异形体，其中一种结构如图所示，石墨炔中碳原子的杂化类型为___。

（3）硼元素具有缺电子性。自然界中含硼元素的钠盐是—种天然矿藏，其化学式写作Na₂B₄O₇•10H₂O，实际上它的结构单元是由两个H₃BO₃和两个[B(OH)₄]^-缩合而成的双六元环，应该写成Na₂［B₄O₅(OH)₄]•8H₂O。其结构如图所示，它的阴离子可形成链状结构，则该晶体中不存在的作用力是___(填字母）。

A.离子键    B.共价键     C.金属键    D.范德华力    E.氢键

（4）镓与硼元素处于同一主族，GaN是制造5G芯片的材料，可发出紫外光。

①科学家合成了一种阳离子为“N₅ⁿ⁺”其结构是对称的，5个N排成“V”形，每个N原子的最外层都达到8电子稳定结构、且含有2个氮氮三键；此后又合成了一种含有“N₅ⁿ⁺”化学式为“N₈”的离子晶体，N₈中阴离子的空间构型为___，写出一种与其互为等电子体的分子___（填化学式）。

②Ga和As两种元素电负性相差不大，能形成化合物GaAs。GaAs的熔点为1238℃，其晶胞结构如图所示。

已知GaAs与GaN具有相同的晶胞结构，则二者晶体的类型均为___，GaAs的熔点___（填“高于”或“低于”)GaN，其理由是___。若Ga和As的原子半径分别为r_Ga和r_As，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为___（列出计算式即可）。

Answer

原子光谱 1s22s22p2 sp、sp2 C 直线形 N2O或CO2 原子晶体 低于 N原子半径小，Ga—N键长短，共价键键能大 ×100%

【解析】

(1)现代化学中常利用的原子光谱特征谱线来鉴定元素，按原子排布规律找出氢、碳、硼、氯的基态原子中未成对电子数最多的是碳；

(2)石墨炔中碳原子的杂化类型与碳碳键的类型相关，据此回答；

(3)根据Na2B4O5(OH)4]•8H2O的结构示意图，分析其晶体类型及存在的微粒间的作用力，据此回答；

(4)①按信息——阳离子“N5n+”结构是对称的，5个N排成“V”形，每个N原子的最外层都达到8电子稳定结构、且含有2个氮氮三键，则为N5+，则N8中阴离子为N3-，按等电子体的内涵确定其分子的空间构型、书写其等电子体的分子式；

②按信息——Ga和As两种元素电负性相差不大，能形成共价化合物GaAs。GaAs的熔点为1238℃，判断晶体的类型，按影响熔点高低的因素判断GaAs 、GaN熔点高低及理由，并按均摊法计算GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率；

(1)每一种元素都有唯一特定的原子光谱，现代化学中，常利用上原子光谱的特征谱线来鉴定元素；按原子排布规律氢、碳、硼、氯的基态原子中未成对电子数分别为1、2、1、1，则未成对电子数最多的是碳，其电子排布式为1s22s22p2；

答案为：原子光谱；1s22s22p2；

(2)碳碳叁键中C原子价层电子对个数是2且不含孤电子对，所以杂化方式为sp；苯环中的每个碳原子形成3个δ键，无孤电子对，采取sp2杂化；

答案为：sp、sp2；

(3) 根据Na2B4O5(OH)4]•8H2O的结构示意图，其晶体内有阴阳离子、有水分子、有配位键，则知含有离子键、共价键、范德华力、氢键，但没有金属键，因为金属键只存在于金属晶体中；

答案为：C；

(4) ①按信息——阳离子“N5n+”结构是对称的，5个N排成“V”形，每个N原子的最外层都达到8电子稳定结构、且含有2个氮氮三键，满足条件的结构为：，则为N5+，则“N8”的离子晶体是由N5+和N3-形成的，N8中阴离子为N3-，其中的阴离子中原子个数是3、价电子数是16，所以其等电子体有N2O或CO2，则其空间构型为直线形；

答案为：直线形；N2O或CO2；

②按信息——Ga和As两种元素电负性相差不大，故化合物GaAs内是共价键，晶体熔点为1238℃，则可判断为原子晶体，共价键越牢固，原子晶体熔点越高，由于N、As属于同一主族的元素，原子半径N比As小，Ga—N键长短，共价键键能大，则熔点GaAs比GaN的低；

根据均摊法计算，晶胞内As原子数目，Ga原子数目：4×1=4，故其晶胞中原子所占的体积为，晶胞的体积为： ，则原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%；

答案为：原子晶体；低于；N原子半径小，Ga—N键长短，共价键键能大；×100%。