Question

【题目】国庆70周年阅兵式展示了我国研制的各种导弹。导弹之所以有神奇的命中率，与材料息息相关，镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物(如砷化镓、磷化镓等)都是常用的半导体材料。回答下列问题：

（1）硒常用作光敏材料，基态硒原子的核外电子排布式为[Ar]__。

（2）根据元素周期律，原子半径Ga__As，第一电离能Ga__As。(填“大于”或“小于”)

（3）水晶的主要成分是二氧化硅，在水晶中硅原子的配位数是__。

（4）GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，熔点如下表所示，分析其变化原因：__。

晶体	GaN	GaP	GaAs
熔点/℃	1700	1480	1238

（5）GaN晶胞的结构如图1所示。已知六棱柱底边边长为acm，阿伏加德罗常数的值为NA。

①晶胞中Ga原子采用六方最密堆积方式，每个Ga原子周围距离最近的Ga原子数目为__。

②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图2。若该平行六面体的体积为a3cm3，则GaN晶体的密度为__(用含a、NA的代数式表示)g·cm-3。

Answer 1

【答案】3d104s24p4 大于 小于 4 原子半径N＜P＜As，键长Ga—N＜Ga—P＜Ga—As，键能Ga—N＞Ga—P＞Ga—As，故CaN、GaP、GaAs的熔点逐渐降低 12

【解析】

(1)基态硒原子序数为34，根据构造原理写出其核外电子排布式；

(2)同一周期中从左到右，原子半径逐渐减小，同一周期从左到右，元素的第一电离能有增大趋势，但IIA、VA族第一电离能大于同周期相邻元素；

(3)二氧化硅晶体中含有“SiO4”结构单元，1个Si原子结合4个O原子，同时每个O原子结合2个Si原子；

(4)原子晶体中，原子半径越大，共价键键长越长，共价键越弱，键能越小，晶体的熔点越低；

(5)①晶胞中Ga原子采用六方最密堆积方式，每个Ga原子周围距离最近的Ga原子数目为12；

②均摊法计算晶胞(平行六面体)中Ga、N原子数目，计算原子总质量，根据晶体密度=晶胞质量÷晶胞体积。

(1)Se是34号元素，位于第四周期ⅥA族，核外电子排布式为[Ar]3d104s24p4；

(2)根据元素周期律，Ga与As位于同一周期，Ga原子序数小于As，故原子半径Ga大于As，同周期第一电离能变化趋势是从左到右增大，故第一电离能Ga小于As；

(3)水晶中1个硅原子结合4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子，所以水晶是以[SiO4]四面体向空间延伸的立体网状结构，水晶中硅原子的配位数为4；

(4)原子半径N＜P＜As，键长Ga—N＜Ga—P＜Ga—As，键能Ga—N＞Ga—P＞Ga—As，故GaN、GaP、GaAs的熔点逐渐降低；

(5)从六方晶胞的面心原子分析，上、中、下层分别有3、6、3个配位原子，故配位数为12。六方晶胞中原子的数目往往采用均摊法：①位于晶胞顶点的原子为6个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为；②位于晶胞面心的原子为2个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为；③位于晶胞侧棱的原子为3个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为；④位于晶胞体心的原子为1个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为1。GaN晶胞中Ga原子个数为，N原子个数为，所以该晶胞化学式为Ga6N6，质量为g，该六棱柱的底面为正六边形，边长为acm，底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为，由图2可知六棱柱的高为，所以晶胞的体积为，密度为gcm3。