Question

17．Ga（镓）、P、As都是形成化合物半导体材料的重要元素．
（1）基态As原子的电子占据了18个原子轨道，最高能层的电子排布式为4s²4p³，和砷位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素名称是钒、钴．
（2）NH₃、PH₃、AsH₃三者的沸点由高到低的顺序为NH₃＞AsH₃＞PH₃（填化学式），原因是NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物范德华力强，沸点高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面体结构，P原子的杂化方式为sp³；
（4）采用Ga_xIn_（1-x）As（镓 铟 砷）等材料，可提高太阳能电池的效率．Ga_xIn_（1-x）As立方体形晶胞中每一个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，则该晶胞中含有4个砷原子．已知晶胞边长为apm，阿伏加德罗常数为N_A，则晶胞密度为$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（只列计算式，不必化简）．

Answer 1

分析 （1）基态As原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；和砷位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素，它们的外围电子排布式为：3d³4s²、3d⁷4s²；
（2）NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物范德华力强，沸点高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面体结构，P原子形成3个P-P键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；
（4）Ga_xIn_（1-x）As立方体形晶胞中每一个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，晶胞含有总数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化学式可知晶胞中As数目占原子总数的$\frac{1}{2}$；晶胞中Ga原子数目为4x，In原子数目为4（1-x），计算晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）基态As原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，占据原子轨道数目为：1×4+3×3+5=18，最高能层的电子排布式为4s²4p³，和砷位于同一周期，且未成对电子数也相同的元素，它们的外围电子排布式为：3d³4s²、3d⁷4s²，分别为钒、钴，
故答案为：18；4s²4p³；钒；钴；
（2）NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物范德华力强，沸点高，故沸点：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案为：NH₃＞AsH₃＞PH₃；NH₃分子间存在氢键，氨的沸点比同主族元素的氢物高，AsH₃和PH₃分子间不存在氢键，分子量大的氢化物范德华力强，沸点高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面体结构，P原子形成3个P-P键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，P原子的杂化方式为sp³，
故答案为：sp³；
（4）Ga_xIn_（1-x）As立方体形晶胞中每一个顶点和面心都有一个原子，晶胞内部有4个原子，晶胞含有总数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化学式可知晶胞中As数目占原子总数的$\frac{1}{2}$，即晶胞中As原子数目为8×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中Ga原子数目为4x，In原子数目为4（1-x），则晶胞质量=4×$\frac{75+70x+115（1-x）}{{N}_{A}}$g，晶胞密度=4×$\frac{75+70x+115（1-x）}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10cm）³=$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：4；$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、氢键、杂化方式判断、晶胞计算等，（4）中计算为易错点，关键是结合化学式、均摊法计算晶胞中原子数目．