题目内容

4.请完成下列各题:
第ⅢA、ⅤA元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与金刚石相似.
(1)Ga原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1
(2)在GaAs晶体中,每个Ga原子与4个As原子相连,与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为正四面体.
(3)在四大晶体类型中,GaAs属于原子晶体.
(4)As与Ga之间存在的化学键有BEG(填字母)
A.离子键    B.σ键    C.π键    D.氢键
E.配位键     F.金属键    G.极性键
(5)GaAs晶胞如图所示,其晶胞边长为564.0pm,密度为5.37g/cm3(列式并计算),a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为141$\sqrt{3}$pm(列式表示).(Ga、As的相对原子质量分别为70、75)

分析 (1)Ga是31号元素,其基态原子核外有31个电子,根据构造原理书写其原子核外电子排布式;
(2)单晶硅是Si正四面体向空间延伸的立体网状结构,为原子晶体,GaN晶体结构与单晶硅相似,GaN属于原子晶体,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为与但晶硅中Si的结构相似;
(3)根据GaN的构成微粒确定晶体类型;
(4)根据晶胞结构判断存在的化学键;
(5)根据$ρ=\frac{m}{V}$计算;a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为晶体体对角线的$\frac{1}{4}$.

解答 解:(1)Ga原子是31号元素,根据构造原理写出Ga原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1
故答案为:1s22s22p63s23p63d104s24p1
(2)GaN晶体结构与单晶硅相似,GaN属于原子晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体,
故答案为:4;正四面体;
(3)GaN晶体结构与单晶硅相似,GaN属于原子晶体,故答案为:原子;
(4)碳原子可以形成4个碳碳单键,所以每个As应与4个Ga相连,金刚石中含有的化学键是共价键,所以该物质中含有的化学键是极性键,单键为σ键,又因为砷原子还有1对孤对电子,而镓原子有容纳孤对电子的空轨道,所以还可以构成配位键,
故答案为:BEG;
(5)晶胞中Ga位于体内,数目为4,As原子位于顶点和面心,数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,则晶胞质量为$\frac{4×(70+75)g/mol}{6.02×10{\;}^{23}mol{\;}^{-1}}$,晶胞体积为(564×10-10cm)33,则密度为$\frac{4×(70+75)}{6.02×10{\;}^{23}×(564×10{\;}^{-10}){\;}^{3}}$=5.37g/cm3
a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为晶体体对角线的$\frac{1}{4}$,则距离为$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×564×10-10cm=141$\sqrt{3}$,
故答案为:5.37;141$\sqrt{3}$.

点评 本题考查了物质结构和性质,明确物质结构是解本题关键,结构决定性质,知道电负性大小的判断方法、电子式的书写规则,难度不大.

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