题目内容

砷化镓为第三代半导体材料,晶胞结构如图所示,
(1)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃下反应制得,反应的化学方程式为
 
.
(2)AsH3空间构型为
 
.已知(CH3)3Ga为非极性分子,则其中镓原子的杂化方式是
 
.
(3)砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为a cm,砷化镓的摩尔质量为b g?mol-1,阿伏伽德罗常数值为NA,则砷化镓晶体密度的表达式
 
 g?cm-3.
考点:晶胞的计算,判断简单分子或离子的构型,原子轨道杂化方式及杂化类型判断
专题:化学键与晶体结构
分析:(1)根据反应物、生成物结合反应条件可书写化学方程式;
(2)利用价层电子对互斥模型判断分子的空间构型和杂化方式;
(3)先根据直角三角形计算正四面体的边长,确定晶胞的边长,再根据ρ=
m
V
计算密度.
解答: 解:(1)反应为(CH3)3Ga和AsH3,生成为GaAs,根据质量守恒可知还应有CH4,反应的化学方程式为:(CH3)3Ga+AsH3
700℃
GaAs+3CH4;
故答案为:(CH3)3Ga+AsH3
700℃
GaAs+3CH4;
(2)AsH3中含有3个δ键和1个孤电子对,为三角锥形,(CH3)3Ga中Ga形成3个δ键,没有孤电子对,为sp2杂化;
故答案为:三角锥;sp2; 
(3)AB、AC、AD、BC、BD、CD的边长相等,AF、BF的长相等为a,F位于体心上,O位于正三角形BCD的重心上,在正三角形BCD中,BE为三角形BCD的高,则CE为BC的一半,如图,设正四面体的边长为x,CE的长为0.5x,BE=
x2-(0.5x)2
=
3
2
x,BO与OE的长之比为2:1,则BO的长为=
3
2
x×
2
3
=
3
3
x,在三角形ABO中,AO的长=
x2-(
3
3
 x
)2
=
6
3
x,在三角形BFO中,OF的长=
6
3
x
-a=
a2-(
3
3
x)2
,x=
2
3
6
a
,因正四面体的边长为x,对角线长2x,晶胞的棱长为2x×
2
2
=
2
x=
4
3
3
a,
一个晶胞中含有黄球8×
1
8
+6×
1
2
=4个,蓝球在内部,共4个,即一个晶胞中含有4个砷化镓,密度的表达式
ρ=
m
V
=
b
N A
×4
(
4
3
3
a)3
=
3
3
b
16a3NA
;
故答案为:
3
3
b
16a3NA
;
点评:本题考查了方程式的书写、分子空间构型以及杂化类型的判断、晶胞密度计算等知识,题目难度较大,注意相关基础的把握和方法的积累.
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