题目内容
【题目】第三代半导体材料氮化镓(GaN)适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常称为高温半导体材料。回答下列问题：
(1)基态Ga原子价层电子的轨道表达式为_________________________，第一电离能介于N和B之间的第二周期元素有_______种。
(2)HCN分子中σ键与π键的数目之比为_______，其中σ键的对称方式为___________。与CN—互为等电子体的分子为___________。
(3)NaN3是汽车安全气囊中的主要化学成分，其中阴离子中心原子的杂化轨道类型为_________。NF3的空间构型为____________。
(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_________________________________________________________。
GaN | GaP | GaAs | |
熔点 | 1700℃ | 1480℃ | 1238℃ |
(5)GaN晶胞结构如下图所示。已知六棱柱底边边长为a cm，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 GaN的密度为______________________g·cm3(用a、NA表示)。
【答案】
3 1:1 轴对称 CO sp 三角锥形 原子半径N< P< As，键长Ga-N < Ga-P < Ga-As，键能Ga-N > Ga-P > Ga-As，故熔点降低 12 
【解析】
(1)Ga原子价层电子有6个电子，4s能级上有2个电子，4p能级上有1个电子，其外围电子排布图为 
；同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第ⅡA元素第一电离能大于第ⅢA元素，第ⅤA族的第一电离能大于第ⅥA族元素，所以第二周期中第一电离能顺序为：B＜Be＜C＜O＜N，第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素；
(2)单键是一个σ键，三键是一个σ键2个π键，通过HCN分子的结构简式H-C≡N可知含有2个σ键 2个π键，得出σ键与π键的数目之比为1：1； σ键的对称方式为轴对称；等电子体是指具有相同价电子数目和原子数目的分子或离子，与CN-互为等电子体的分子为CO ；
(3) 氮原子形成单键时为sp3杂化，形成双键时为sp2杂化，形成叁键时为sp杂化，N3-中心原子的杂化轨道类型为sp ； NF3中N的杂化类型为sp3，形成3个共用电子对，还有一对孤对电子，因而NF3的空间构型为三角锥形；
(4)原子半径N< P< As，键长Ga-N < Ga-P < Ga-As，键能Ga-N > Ga-P > Ga-As，故熔点降低；
(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1/6；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1/2；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1/3；④位于晶胞底面上的棱棱心的原子为4个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为1/4；⑤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
6，晶胞中N原子个数为
，所以该结构为Ga6N6，质量为6×84/NAg，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
cm2，如图所示可知高为2倍的正四面体高，
cm，所以体积为
，密度为
=
。
