Question

据世界权威刊物《自然》最近报道，我国科学家选择碲化锆(ZrTe₂)和砷化镉(Cd₃As₂)为材料验证了三维量子霍尔效应，并发现了金属-绝缘体的转换。回答下列问题：

（1）锌和镉位于同副族，而锌与铜相邻。现有 4 种铜、锌元素的相应状态，①锌：[Ar]3d¹⁰4s²、②锌：[Ar]3d¹⁰4s¹、③铜：[Ar]3d¹⁰4s¹、④铜：[Ar]3d¹⁰。失去1个电子需要的能量由大到小排序是______（填字母）。

A.④②①③    B.④②③①    C.①②④③    D.①④③②

（2）硫和碲位于同主族，H₂S的分解温度高于H₂Te，其主要原因是_______。在硫的化合物中，H₂S、CS₂都是三原子分子，但它们的键角(立体构型)差别很大，用价层电子对互斥理论解释：_________；用杂化轨道理论解释：_________。

（3）Cd²⁺与NH₃等配体形成配离子。[Cd(NH₃)₄]²⁺中2个NH₃被2个Cl^－替代只得到1种结构，它的立体构型是___________。1 mol [Cd(NH₃)₄]²⁺含___________mol σ键。

（4）砷与卤素形成多种卤化物。AsCl₃、AsF₃、AsBr₃的熔点由高到低的排序为__________。

（5）锆晶胞如图所示，1个晶胞含_______个Zr原子；这种堆积方式称为__________。

（6）镉晶胞如图所示。已知：N_A是阿伏加德罗常数的值，晶体密度为 d g·cm^－3。在该晶胞中两个镉原子最近核间距为______nm（用含N_A、d的代数式表示），镉晶胞中原子空间利用率为________（用含π的代数式表示）。

Answer

A S原子半径小于Te，H－S键的键能较大 H2S分子中S原子价层有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力，所以键角较小；CS2分子中C原子价层没有孤电子对，成键电子对之间排斥力相同且较小 H2S中S采用sp3杂化，CS2中C采用sp杂化 正四面体 16 AsBr3＞AsCl3＞AsF3 6 六方最密堆积

【解析】

（1）电离能大小与原子的外围电子构型有关，具有稳定构型的元素，电离能较大。而同一元素电离能满足：I1＜I2＜I3＜I4。锌原子的第一电离能大于铜原子第一电离能，有①＞③；铜的第二电离能大于锌的第二电离能，有④＞②。锌的第二电离能大于第一电离能，②＞①。故选A。答案为：A；

（2）从原子半径、键能角度分析气态氢化物的热稳定性。原子半径：r(S)＜r(Te)，键能：H－S＞H－Te，所以H2S较稳定。H2S分子中S原子价层有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力，所以键角较小；CS2分子中C原子价层没有孤电子对，成键电子对之间排斥力相同，呈直线形最稳定，键角较大。从杂化轨道角度解释，H2S中S采用sp3杂化，CS2中C采用sp杂化。答案为：S原子半径小于Te，H–S键的键能较大；H2S分子中S原子价层有2个孤电子对，孤电子对对成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力，所以键角较小；CS2分子中C原子价层没有孤电子对，成键电子对之间排斥力相同且较小；H2S中S采用sp3杂化，CS2中C采用sp杂化；

（3）[Cd(NH3)4]2+中2个NH3被2个Cl替代只得到1种结构，说明Cd2+采用sp3杂化，呈正四面体结构。配位键也是σ键。1 mol [Cd(NH3)4]2+含16 mol σ键。答案为：正四面体；16；

（4）它们都是分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高。故熔点排序为AsBr3＞AsCl3＞AsF3。答案为：AsBr3＞AsCl3＞AsF3；

（5）在六棱柱中，12个原子位于顶点、2个原子位于面心，3个原子位于体内。1个六棱柱含6个原子。这种堆积方式叫六方最密堆积。答案为：6；六方最密堆积；

（6）图2为体心立方堆积，3个镉原子位于体对角线且相切，1个晶胞含2个镉原子。设晶胞参数为a，d=，a= nm。设两镉原子最近核间距为x，(2x)2=3a2，x= nm。设镉原子半径为r，则r= nm，φ==。答案为：；。