Question

日前新合成的砷化镉(Cd₃As₂)三维材料具有超强导电性，这种材料的电气性能与石墨烯相当，可代替石墨烯使用。

(1)Cd与Zn同族且相邻，若Cd基态原子将次外层1个d电子激发进入最外层的np能级，则该激发态原子的外围电子排布式为_______________。Cd原子中第一电离能相对较大的是_________原子(填“基态”或“激发态”)。

(2)与砷(As)同主族的N、P两种元素的氢化物水溶液的碱性：NH₃_________PH₃(填“>”或“<”)，原因是______________。

(3)As与Ge、Se同周期且相邻，它们的第一电离能由大到小的顺序为_________(用元素符号表示)。

(4)含砷有机物“对氨基苯胂酸”的结构简式如图，As原子轨道杂化类型为_____________，1 mol对氨基苯胂酸含σ键数目为____________，其中还含有的化学键类型有___________(填序号)。

a．氢键              b．离子键              c．π键

(5)砷化镉可以看作是石墨烯的3D版，其晶胞结构如图，As为面心立方堆积，Cd占据As围成的四面体空隙，空隙占有率75%，故Cd为“具有两个真空的立方晶格”，如图“①”和“②”位是“真空”。

建立如图的原子坐标系，①号位的坐标为(，，)，则③号位原子坐标参数为_____。晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为N_A，砷化镉的摩尔质量为M g·mol⁻¹，则该晶胞的密度为_____________g·cm⁻³(列计算式即可)。

Answer

4d95s25p1 基态 > 原子半径NP，NH3更易结合水电离的H+ As>Se>Ge sp3 19NA(或19×6.02×1023) c (，1，)

【解析】

(1)Cd与Zn同族且相邻，所以Cd的外围电子排布应为4d105s2，基态原子将4d能级的一个电子激发进入5p能级得到激发态原子，所以该激发态原子的外围电子排布式为4d95s25p1；基态原子的能量最低最稳定，所以基态原子的第一电离能相对较大；

(2)原子半径NP，NH3更易结合水电离的H+，所以NH3水溶液的碱性更强；

(3)同周期主族元素自左至右第一电离能呈增大趋势，但As的4p能级为半满状态，更稳定，所以第一电离能As>Se>Ge；

(4)根据对氨基苯胂酸的结构简式可知As原子与周围原子形成4个σ键(As=O键有一个σ键一个π键)，不含孤电子对，所以杂化轨道类型为sp3；苯环上6个碳原子之间有6个C—C单键为σ键，还有4个C—H单键为σ键，As=O键有一个σ键一个π键，其他共价键均为σ键，所以一个对氨基苯胂酸分子中有19个σ键，则1mol对氨基苯胂酸含σ键数目19NA(或19×6.02×1023)；其含有的化学键类型有σ键，以及苯环中的大π键和As=O键中的π键，氢键不是化学键，该物质为共价化合物，不含离子键，所以选c；

(5)①号位在底面的投影应位于底面对角线的处，根据①号位的坐标为(，，)，可知该坐标系中晶胞的棱长为1，③号位碳原子在底面的投影位于底面棱心上，所以x、y坐标为、1，③号位碳原子位于右侧面的面心，所以z坐标为，则该原子的坐标为(，1，)；

根据均摊法，该晶胞中As原子的个数为=4，Cd原子的个数为6，所以晶体的化学式为Cd3As2，砷化镉的摩尔质量为Mg·mol−1，则晶胞的质量m=g，晶胞参数为a pm，则晶胞的体积V=a3 pm3=(a×10-10)3 cm3，所以晶胞的密度=g·cm-3。