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)基态碲原子的价层电子排布式为______________。

(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______________________，CS₂中心原子的杂化类型为________。

(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___________。1mol[Cd(NH₃)₄]²⁺含σ键的数目为___________。

(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1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2所示。已知：N_A是阿伏加德罗常数的值，晶体密度为dg·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

5s25p4 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对孤电子对，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 sp 正四面体 16NA AsBr3＞AsCl3＞AsF3 6 六方最密堆积

【解析】

(1)碲与硫元素同主族，同主族元素的价层电子排布结构相同，硫原子价层电子排布式为3s23p4，根据碲在周期表中的位置分析；

(2)从原子半径、键能角度分析气态氢化物的热稳定性；根据孤电子对成键电子对排斥力大于成键电子对之间排斥力，导致键角较小分析；根据价层电子对互斥判断；

(3) [Cd(NH3)4]2+中 2 个NH3被 2 个Cl-替代只得到 1 种结构，则[Cd(NH3)4]2+为正四面体结构，Cd与N原子之间形成配位键、属于σ键，1个N原子与3个H原子形成3个σ键，据此计算；

(4) AsCl3、AsF3、AsBr3都是分子晶体，根据分子间作用力大小及影响因素与熔点关系分析；

(5)锆晶胞图为六方最密堆积，体内原子有3个原子，顶点原子被6个晶胞分摊，面心被2个晶胞，分摊据此计算；

(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个晶胞含镉原子数=1+8×=2，晶胞质量m=g，设晶胞参数为a，晶胞体积为a3，根据m=ρV计算a，两个镉原子最近核间距为体对角线的一半，即为a；设原子半径为r，则4r=a，两个镉原子总体积为r3×2，镉晶胞中原子空间利用率= ×100%。

(1)碲与硫元素同主族，同主族元素的价层电子排布结构相同，硫原子价层电子排布式为3s23p4，碲位于元素周期表第五周期ⅥA族，则价层电子排布式为5s25p4；

(2)原子半径r(S)＜r(Te)，则键能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，则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，配离子为正四面体结构，配位键也是σ键，所以1mol[Cd(NH3)4]2+含16molσ键，数目为16NA；

(4)砷与卤素形成多种卤化物。AsCl3、AsF3、AsBr3都是分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，则三者熔点由高到低的排序为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Zr原子数=3+2×+12×=6，这种堆积方式为六方最密堆积；

(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个晶胞含镉原子数=1+8×=2，晶胞质量m=g，设晶胞参数为a，晶胞体积为a3，晶胞质量m=g =da3g，a=cm=×107nm，两个镉原子最近核间距为体对角线的一半，即为a=××107nm；设原子半径为r，则4r=a，两个镉原子总体积为r3×2，镉晶胞中原子空间利用率= ×100%=。