Question

【题目】2014年诺贝尔物理学奖得主的贡献是发明了一种高效而环保的光源﹣﹣蓝色发光二极管（LED）．某同学对此非常感兴趣，请你帮助某同学完成资料收集的工作．
（1）LED研究起始于对碳化硅晶体的研究．1907年，英国科学家Henry Joseph Round发现在施加电流时能够在碳化硅晶体中发现发光现象． （i）碳化硅晶体属于晶体．
（ii）碳化硅的晶胞结构与金刚石的相似，在碳化硅晶体中，碳原子所连接最小的环由个碳原子和个硅原子组成，每个碳原子连接个这样的环．
（iii）碳化硅中，碳原子采取杂化方式，与周围的硅原子形成的键角为 ．
（iv）请结合原子结构的知识解释发光的原因： ．
（2）准现代LED．1962年，GE公司使用磷砷化镓（GaAsxP1﹣x）材料制成了红色发光二极管．这是第一颗可见光LED，被视为现代LED之祖．随后又出现了绿色LED磷化镓（GaP）和黄色LED碳化硅，使光谱拓展到橙光、黄光和绿光． （i）镓在元素周期表的位置是 ， 其基态原子的价电子排布式为 ．
（ii）人们发现在磷砷化镓或磷化镓中掺杂氮（利用氮代替磷或砷的位置），可以提高其发光效率．其原因不可能为（多选）．
A、氮的半径比磷和砷的半径小，用氮代替部分磷或砷的位置不会影响晶体的构型．
B、N的第一电离能大于磷和砷，容易失去电子，发生电子跃迁．
C、N的电负性大，掺杂后得到的位置中存在氢键．
D、N是与砷、磷具有相同价电子结构的杂质，但对电子束缚能力较磷和砷强，造成等电子陷阱．
（3）1993年，中村修二等人开发出首个明亮蓝光的氮化镓LED．凭借此成就，他获得了2014年诺贝尔物理学奖． 为测试氮化镓绿色LED光强与电流的关系，得到如图，从图中你能得到规律（写一条即可）

Answer 1

【答案】
（1）原子；3；3；12；sp3；；电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光的形式释放能量
（2）第四周期ⅢA族；4s24p1；BC
（3）其他条件相同时，当电流小于153.0 mA时，氮化镓绿色LED光强随着电流的增加而增强，当电流大于153.0 mA时，光强随着电流的增强而减弱
【解析】解：（1）（i）碳化硅晶体属于原子晶体，所以答案是：原子；（ii）金刚石晶体中，碳原子所连接最小的环含有6个碳原子，碳化硅晶体中最小的环含有6个原子，且C、Si原子数目之比为1：1，则在碳化硅晶体中，碳原子所连接最小的环由3个碳原子和3个硅原子组成，每个C原子形成4个C﹣Si键，任意2个C﹣Si决定2个六元环，4个C﹣Si键有6种组合，所以每个碳原子连接2×6=12 个这样的环，所以答案是：3；3；12；（iii）碳化硅中，碳原子形成4个C﹣Si键，杂化轨道数目为4，C原子采取sp3杂化，C原子与周围的4个Si原子形成正四面体结构，键角为：109°28’，
所以答案是：sp3；109°28’；（iv）电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光的形式释放能量，
所以答案是：电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，以光的形式释放能量；（2）（i）镓在元素周期表的位置是：第四周期ⅢA族，其基态原子的价电子排布式为4s24p1 ，
所以答案是：第四周期ⅢA族；4s24p1；（ii）A．氮的半径比磷和砷的半径小，用氮代替部分磷或砷的位置不会影响晶体的构型，可能正确；
B．N的第一电离能大于磷和砷，不容易失去电子，故不可能正确；
C．磷砷化镓或磷化镓中没有H原子，掺杂N原子不能形成氢键，不可能正确；
N的电负性大，掺杂后得到的位置中存在氢键．
D．N是与砷、磷具有相同价电子结构的杂质，N引导电负性较大，但对电子束缚能力较磷和砷强，造成等电子陷阱，可能正确，
故选：BC；（3）由图可知，其他条件相同时，当电流小于153.0 mA时，氮化镓绿色LED光强随着电流的增加而增强，当电流大于153.0 mA时，光强随着电流的增强而减弱，
所以答案是：其他条件相同时，当电流小于153.0 mA时，氮化镓绿色LED光强随着电流的增加而增强，当电流大于153.0 mA时，光强随着电流的增强而减弱．
【考点精析】解答此题的关键在于理解原子晶体的相关知识，掌握相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体叫原子晶体．