高中 | 杂化轨道理论 题目答案及解析

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选修三

第二章 分子结构与性质

第二节 分子的立体结构

杂化轨道理论

$\text{VA}$族元素$\text{P}\text{As}$等在诸多领域发挥着重要作用。

$\rm I$.黑磷与石墨的结构类似,其中一个单层的结构如下图所示。

基态磷原子的价电子排布式为                

[["

$\\text{3}{{\\text{s}}^{\\text{2}}}\\text{3}{{\\text{p}}^{\\text{3}}}$

"]]

$\rm P$原子序数$\rm 15$,基态磷原子的价电子排布式:$\text{3}{{\text{s}}^{\text{2}}}\text{3}{{\text{p}}^{\text{3}}}$

根据图中信息,回答下列问题:

①黑磷晶体中存在的作用力为                

②黑磷单层中$\text{P}$原子与$\text{P}-\text{P}$键的个数比为                

[["

分子间相互作用力和共价键;$\\rm 2:3$

"]]

①黑磷与石墨的结构类似,说明黑磷晶体层与层间存在分子间相互作用力,层内原子与原子间存在共价键;

②黑磷单层中,每个$\rm P$原子形成$\rm 3$$\text{P}-\text{P}$键,每个$\text{P}-\text{P}$键由$\rm 2$$\rm P$原子所共有,则$\text{P}$原子与$\text{P}-\text{P}$键的个数比为$\rm 2: 3$

下列说法正确的有                $\rm ($填字母$\rm )$

$\rm a$.黑磷中$\rm \text{P}$采取$\rm \mathrm{sp}^2$杂化

$\rm b$.黑磷单层中$\rm \text{P}-\text{P}$键的键能不完全相同

$\rm c$.黑磷与石墨都属于混合型晶体

[["

$\\rm bc$

"]]

$\rm a$.黑磷中$\rm \text{P}$形成$\rm 3$$\rm \sigma $键,存在$\rm 1$对孤电子对,采取$\rm \text{s}{{\text{p}}^{\text{3}}}$杂化,$\rm a$错误;

$\rm b$.黑磷单层中$\rm \text{P}-\text{P}$键键长不完全相同,则键能不完全相同,$\rm b$正确;

$\rm c$.黑磷与石墨都属于混合型晶体,$\rm c$正确;

答案选$\rm bc$

$\rm I$$\rm I$.砷化镓$\rm \left( \text{GaAs} \right)$是最重要的第二代半导体,被广泛应用于光电子和通信等领域。

$\text{Ga}$$\text{VA}$族元素$\text{N}\text{P}\text{As}$能形成结构相似的化合物$\text{GaN}$$\text{GaP}$$\text{GaAs}$,它们在熔融态下均不导电,熔点如下表所示。分析$\text{GaN}$$\text{GdP}$$\text{GaAs}$的熔点依次降低的原因为                

物质$\rm GaN$$\text{GaP}$$\text{GaAs}$
熔点$\rm /^\circ\rm C$$\rm 1700$$\rm 1480$$\rm 1238$
[["

$\\text{GaN}$$\\text{GdP}$$\\text{GaAs}$均为共价晶体,$\\rm N$$\\rm P$$\\rm As$原子半径逐渐增大,键长逐渐增长,键能逐渐减小,熔点依次降低

"]]

$\text{GaN}$$\text{GdP}$$\text{GaAs}$均为共价晶体,$\rm N$$\rm P$$\rm As$原子半径逐渐增大,键长逐渐增长,键能逐渐减小,熔点依次降低;

$\text{GaAs}$的晶胞结构如图甲所示,将$\text{Mn}$掺杂到$\text{GaAs}$晶体中得到新型材料如图乙所示。

①图甲中,$\text{GaAs}$的相对质量为$\text{M}$,晶体密度为$\rho\rm \;{ g\cdot c}{{\text{m}}^{-3}}$,阿伏伽德罗常数为${{N}_{\text{A}}}$,则晶胞边长$a=$                $\mathrm{nm}$$\rm ($列出计算式。$1\;\rm \text{nm}={{10}^{-7}}\;\rm \text{cm}$

②图乙中,掺杂$\text{Mn}$之后的原子个数比$ {N}\left( \text{Ga} \right): {N}\left( \text{As} \right): {N}\left( \text{Mn} \right)=$                

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$\\sqrt[3]{\\dfrac{{4M}}{\\rho{ }{{{N}}_{\\rm {A}}}}}\\times {{10}^{7}}$$\\rm 5: 27: 32$

"]]

①根据均摊法计算原子个数,$\rm Ga$个数为$8\times \dfrac{1}{8}+6\times \dfrac{1}{2}=4$$\rm As$位于晶胞内部,有$\rm 4$个,$\rm {GaAs}$的相对质量为${M}$,晶体密度为$\rho \;\rm{g\cdot c}{{{m}}^{-3}}$,根据晶胞密度计算公式:$\rho =\dfrac{{NM}}{{{{N}}_{\rm {A}}}{V}}$,算得边长$a=\sqrt[3]{\dfrac{{4M}}{{ }\rho{{{N}}_{\rm {A}}}}}\times {{10}^{7}}\;\rm {nm}$

②掺杂$\rm {Mn}$之后,$\rm As$原子个数不变,将$\rm 1$个顶点$\rm Ga$$\rm 1$个面心$\rm Ga$替换成$\rm Mn$$\rm Mn$原子个数:$1\times \dfrac{1}{8}+1\times \dfrac{1}{2}=\dfrac{5}{8}$$\rm Ga$原子个数:$4-\dfrac{5}{8}=\dfrac{27}{8}$,则${N}\left(\rm {Ga} \right):{N}\left(\rm {As} \right):{N}\left(\rm {Mn} \right)=5:27:32$

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