Question

【題目】2020年2月15日，由國(guó)家科研攻關(guān)組的主要成員單位的專家組共同研判磷酸氯喹在細(xì)胞水平上能有效抑制新型冠狀病毒(SARS－CoV－2)的感染。磷酸氯喹的結(jié)構(gòu)如圖所示，據(jù)此回答下列問題。

(1)C、N、O三種元素第一電離能從大到小的順序?yàn)?/span>_____________；電負(fù)性χ(P)_____χ(Cl)(填“＞”或“＜”)；

(2)磷酸氯喹中N原子的雜化方式為_____，NH3是一種極易溶于水的氣體，其沸點(diǎn)比AsH3的沸點(diǎn)高，其原因是___________；

(3)磷化鎵與砷化鎵是兩種由ⅢA族元素與ⅤA族元素人工合成的Ⅲ－Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料。其晶胞結(jié)構(gòu)可看作金剛石晶胞內(nèi)部的碳原子被P(As)原子代替，頂點(diǎn)和面心的碳原子被Ga原子代替。

①基態(tài)Ga原子核外電子排布式為__________；

②砷化鎵晶體中含有的化學(xué)鍵類型為___________(填選項(xiàng)字母)；

A.離子鍵 B.配位鍵 C.σ鍵 D.π鍵 E.極性鍵 F.非極性鍵

③磷化鎵與砷化鎵具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，其中熔點(diǎn)較高的是__________(填化學(xué)式)，原因是_______________；

④以晶胞參數(shù)為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置。稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。如圖為沿y軸投影的磷化鎵晶胞中所有原子的分布圖。若原子1的原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0.25，0.25，0.75)，則原子2的原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為__________；若磷化鎵的晶體密度為ρ g·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶胞中Ga和P原子的最近距離為__________ pm(用代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】N＞O＞C ＜ sp2、sp3 NH3中N的電負(fù)性比AsH3中As的大得多，故NH3易形成分子間氫鍵，從而使其沸點(diǎn)升高；也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大 1s22s22p63s23p63d104s24p1 BCE GaP 二者均為共價(jià)晶體，P原子半徑小于As，P－Ga鍵長(zhǎng)小于As－Ga鍵長(zhǎng)，GaP鍵能更大，熔點(diǎn)更高 (0.25，0.25，0.25)

【解析】

(1)同一周期元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但是第IIA族、第VA族第一電離能大于其相鄰元素；根據(jù)P和Cl的非金屬性分析判斷電負(fù)性；

(2)磷酸氯喹中N原子有兩種情況，價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是3、4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷N原子軌道類型；NH3分子之間形成氫鍵，NH3也容易與H2O形成分子間氫鍵，據(jù)此分析解答；

(3)①Ga為31號(hào)元素，位于第四周期第ⅢA族，據(jù)此分析解答；

②金剛石晶胞內(nèi)部的碳原子數(shù)為4，頂點(diǎn)和面心的碳原子為4，所以磷化鎵晶體為原子晶體，每個(gè)P與4個(gè)Ga以單鍵相連，每個(gè)Ga也與4個(gè)P以單鍵相連，而P最外層有5個(gè)電子、Ga最外層有3個(gè)電子，只能形成三對(duì)共用電子對(duì)，它們之間有四個(gè)共價(jià)鍵，所以有一個(gè)配位鍵，據(jù)此分析判斷；

③二者都是原子晶體，砷的原子半徑大于磷，據(jù)此分析解答；

④P原子1和P原子2及其對(duì)稱的另外兩個(gè)P原子為正四面體結(jié)構(gòu)，根據(jù)投影圖可知晶胞在三維坐標(biāo)的位置如圖，晶胞頂點(diǎn)Ga原子與四面體中心P原子連線的距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的，據(jù)此分析計(jì)算。

(1)同一周期元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢(shì)，但是第IIA族、第VA族第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能N＞O＞C；P的非金屬性小于氯，電負(fù)性：P＜Cl，故答案為：N＞O＞C；＜；

(2)磷酸氯喹中N原子有兩種情況，價(jià)層電子對(duì)數(shù)分別是3、4，N原子雜化類型分別為sp2、sp3；NH3分子間能形成氫鍵，而AsH3分子間不能形成氫鍵，所以NH3沸點(diǎn)高，NH3也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大，故答案為：sp2、sp3；NH3中N的電負(fù)性比AsH3中As的大得多，故NH3易形成分子間氫鍵，從而使其沸點(diǎn)升高；也容易與H2O形成分子間氫鍵，使其在水中溶解度增大；

(3)①Ga為31號(hào)元素，位于第四周期第ⅢA族，基態(tài)Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，故答案為：1s22s22p63s23p63d104s24p1；

②金剛石晶胞內(nèi)部的碳原子數(shù)為4，頂點(diǎn)和面心的碳原子為4，所以磷化鎵晶體為原子晶體，只存在共價(jià)鍵，每個(gè)P與4個(gè)Ga以單鍵相連，每個(gè)Ga也與4個(gè)P以單鍵相連，而P最外層有5個(gè)電子、Ga最外層有3個(gè)電子，只能形成三對(duì)共用電子對(duì)，它們之間有四個(gè)共價(jià)鍵，所以有一個(gè)配位鍵，P與Ga之間存在的單鍵是極性共價(jià)鍵，是σ鍵，故答案為：BCE；

③二者都是原子晶體，砷的原子半徑大于磷，磷化鎵中鍵長(zhǎng)小于砷化鎵中的鍵長(zhǎng)，熔點(diǎn)較高的是GaP，故答案為：GaP；二者均為共價(jià)晶體，P原子半徑小于As，P－Ga鍵長(zhǎng)小于As－Ga鍵長(zhǎng)，GaP鍵能更大，熔點(diǎn)更高；

④P原子1和P原子2及其對(duì)稱的另外兩個(gè)P原子為正四面體結(jié)構(gòu)，根據(jù)投影圖可知晶胞在三維坐標(biāo)的位置如圖，則原子2的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0.25，0.25，0.25)；晶胞中P原子數(shù)為4，Ga原子數(shù)為8×+6×=4，化學(xué)式為GaP，晶胞的質(zhì)量m=g=g，晶胞的體積V===cm3，晶胞的邊長(zhǎng)a=cm，P原子與周圍最近的4個(gè)Ga原子形成正四面體，晶胞頂點(diǎn)Ga原子與四面體中心P原子連線處于晶胞體對(duì)角線上，且二者距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的，而體對(duì)角線長(zhǎng)度等于晶胞棱長(zhǎng)的倍，所以晶胞中Ga和P原子的最近距離為a=×cm=××1010pm，故答案為：(0.25，0.25，0.25)；××1010。