Question

9．2014 年10 月7 日，赤崎勇、天野浩和中村修二因发明“高亮度蓝色发光二极管（LED）”获得2014 年诺贝尔物理学奖．制作LED 首先在衬底上制作氮化镓（GaN）基的外延片，常用的衬底主要有蓝宝石（Al₂O₃）、碳化硅和硅，还有砷化镓（GaAs）、AlN、ZnO 等材料．回答下列问题：
（1）氮和砷（As）位于同一主族，二者中电负性较大的是N（填元素符号，下同），第一电离能较大的是N．
（2）基态Zn 原子的价电子排布式为3d¹⁰4s²，价层电子占有的原子轨道数为6
（3）Al₂O₃的熔点很高，Al₂O₃属于离子晶体．Al₂O₃的熔点比NaCl 高，其原因是Al₂O₃、NaCl都属于离子晶体，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，Al₂O₃ 晶体的晶格能大于NaCl 晶体的晶格能
（4）碳化硅的晶胞结构如图所示，其中白球代表的是Si（或硅）原子，一个晶胞中含有该原子的个数为4．

Answer 1

分析 （1）同主族：从上到下，元素的电负性逐渐减小；同主族元素自上而下，随电子层增大，原子核等于最外层电子引力减弱，元素的第一电离能逐渐减小；
（2）锌是30号元素，基态原子核外有30个电子，其3d、4s能级上电子是其价电子，其价层电子占有的原子轨道数为6；
（3）Al₂O₃的熔点很高，熔融时能导电，属于离子化合物；结构相似的离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，离子晶体的熔点越高；
（4）Si 的原子半径比C 大，故白球代表Si，黑球代表C；由碳化硅的晶胞可知，每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有4个．

解答 解：（1）N和As位于同一主族，且As排在N的下面，而同主族元素从上到下，电负性和第一电离能均逐渐减小，故电负性和第一电离能都是N 较大，
故答案为：N；N；
（2）锌是30号元素，基态原子核外有30个电子，核外电子排布为：[Ar]3d¹⁰4s²，其3d、4s能级上电子是其价电子，所以Zn原子的价电子排布式为3d¹⁰4s²，d能级有5个原子轨道，s能级有1个原子轨道，故Zn 的价层电子共占有6个原子轨道，
故答案为：3d¹⁰4s²；6；
（3）Al₂O₃的是由氧离子和铝离子构成的化合物，其熔点很高，熔融时能导电，属于离子化合物，Al₂O₃、NaCl都属于离子晶体，晶体中Al³⁺、O^2-的电荷数大于NaCl 晶体中Na⁺、Cl^-的电荷数，且O^2- 的半径小于Cl^-的半径，Al₂O₃ 晶体的晶格能大于NaCl 晶体的晶格能，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，所以Al₂O₃的熔点比NaCl 高，
故答案为：离子；Al₂O₃、NaCl都属于离子晶体，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，Al₂O₃ 晶体的晶格能大于NaCl 晶体的晶格能；
（4）Si的原子半径比C大，故白球代表Si，黑球代表C，由碳化硅的晶胞可知，每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有4个，晶胞中C为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子数为4，
故答案为：Si（或硅）；4．

点评 本题考查较为综合，涉及电负性、第一电离能大小比较、核外电子排布规律、溶沸点大小比较、晶体结构等，注意影响离子晶体熔沸点高低的因素，把握晶体结构的判断方法，题目难度中等．