Question

目前大量的照明材料或屏幕都使用了发光二极管（LED）．市售LED晶片，材质基本以GaAs（砷化镓）、AlGaInP（磷化铝镓铟）、InGaN（氮化铟镓）为主．已知镓是铝同族下一周期的元素．砷化镓的晶胞结构如图．试回答：
（1）镓的基态原子的价电子排布式是

 

．砷原子的杂化轨道类型是

 

．
（2）砷化镓晶胞中所包含的砷原子（白色球）个数为

 

，与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为

 

．与砷原子紧邻的等距砷原子数为

 

．
（3）下列说法正确的是

 

．
A．砷化镓晶胞结构与NaCl相同             B．电负性：As＞Ga
C．GaP与GaAs晶体类型相同，则前者熔点高   D．砷化镓晶体中含有配位键
（4）已知砷化镓的摩尔质量为M g/mol，该晶体的密度是ρ g/pm³，则砷原子半径为

 

pm．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,判断简单分子或离子的构型

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）镓的原子序数为31，根据核外电子排布规律可以书写出价电子的电子排布式，根据砷的价层电子对数可以判断杂化方式；
（2）根据“均摊法”计算晶胞的结构；根据晶胞结构图判断晶胞中原子分布情况；
（3）由题中晶胞图可知A砷和镓的配位数都是4与NaCl不同，B砷和镓位于同一周期，根据元素周期律可知电负性：As＞Ga，C磷原子半径小于砷，所以Ga-P键的键能大于Ga-As键的键能，所以前者熔点高，D由于Ga原子最外层只有3个电子，而每个Ga原子与4个As原子成键，因此其中一个共价键必为配位键；
（4）根据晶胞中含有的原子个数及摩尔质量和密度可以估算出晶胞的体积，再根据晶胞的体积可以估算出砷原子半径．

解答： 解：（1）镓的原子序数为31，位于周期表中第四周期第IIIA，故其核外价电子的电子排布式为：4s²4p¹，因为砷的价层电子对数为

5+3

2

=4，所以砷原子按sp³方式进行杂化，故答案为：4s²4p¹； sp³；
（2）根据“均摊法”：白色球个数为6×

1

2

+8×

1

8

=4．由晶胞图可知与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为正四面体，与顶点砷原子紧邻的等距砷原子分布在晶胞的面心上，一个顶点连有12个面，所以与顶点等距离紧邻的砷也有12个，故答案为：4；正四面体；12；
（3）由题中晶胞图可知，A、砷和镓的配位数都是4与NaCl不同，故A错误；
B、砷和镓位于同一周期，根据元素周期律可知电负性：As＞Ga，故B正确；
C、磷原子半径小于砷，所以Ga-P键的键能大于Ga-As键的键能，所以前者熔点高，故C正确；
D、由于Ga原子最外层只有3个电子，而每个Ga原子与4个As原子成键，因此其中一个共价键必为配位键，故D正确；
故选BCD；
（4）设晶胞的边长为apm，根据均摊法可知，每个晶胞中含有砷原子数为6×

1

2

+8×

1

8

=4，含有镓原子数为4，所以有ρ=

4M NA

a3

，则a=

3	4M NAρ

，

根据晶胞的结构可知，晶胞的面对角线长度应为两个砷原子直径的长度之和，即砷原子半径为晶胞面对角线的

1

4

，故砷原子半径为

2 a

4

=

2

4

?

3	4M NA?ρ

pm，
故答案为：

2

4

?

3	4M NA?ρ

．

点评：本题考查了均摊法计算、晶体的结构、晶胞的计算等知识，中等难度，解题的难点在（4）中晶胞看作是由原子的实心球体堆积而成，利用几何知识，分析得出晶胞体积与原子大小的关系．