Question

5．砷化镓晶体是半导体材料，应用于太阳能电池、LED光源和通讯领域．
（1）砷元素位于元素周期表的第VA族，其原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）镓、砷、硒的第一电离能由大到小的顺序是砷＞硒＞镓，此三种元素中电负性最大的是硒．
（3）砷化镓可由（CH₃）₃Ga和AsH₃反应制得．①常温常压下（CH₃）₃Ga为无色透明液体，则（CH₃）₃Ga固体属于分子晶体．（CH₃）₃Ga为非极性分子，其中镓原子的杂化轨道类型是sp²．
②AsH₃的空间构型为三角锥形，中心原子的价层电子对数为4．
（4）砷化镓晶体的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为acm，镓原子的配位数是4，阿伏加德罗常数值为N_A，则砷化镓晶体密度的表达式为$\frac{580}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）As原子核外电子数为33，结合能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，砷原子4p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增强；
（3）①常温常压下（CH₃）₃Ga为无色透明液体，熔点低，则（CH₃）₃Ga固体属于分子晶体；（CH₃）₃Ga为非极性分子，Ga原子形成3个σ键，Ga原子最外层电子全部成键，杂化轨道数目为3；
②AsH₃分子中As原子形成3个As-H键，含有1对孤对电子；
（4）根据均摊法计算晶胞中As、Ga原子数目，由图可知As原子配位数为4，结合原子数目之比计算配位数；表示出晶胞的质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）As原子核外电子数为33，核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p³，
故答案为：1s²2s²2p⁶2s²2p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）同周期随原子序数增大，元素第一电离能呈增大趋势，砷原子4p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能：砷＞硒＞镓，同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增强，则电负性：硒＞砷＞镓，
故答案为：砷＞硒＞镓；硒；
（3）①常温常压下（CH₃）₃Ga为无色透明液体，熔点低，则（CH₃）₃Ga固体属于分子晶体；（CH₃）₃Ga为非极性分子，Ga原子形成3个σ键，Ga原子最外层电子全部成键，杂化轨道数目为3，Ga原子采取sp²杂化，
故答案为：分子；sp²；
②AsH₃分子中As原子形成3个As-H键，含有1对孤对电子，价层电子对数3+1=4，则其空间构型为三角锥形，
故答案为：三角锥形；4；
（4）晶胞中As原子数目为4、Ga原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，二者原子数目之比为1：1，由图可知As原子配位数为4，则Ga的配位数也为4，晶胞的质量为4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g，则晶胞密度4×$\frac{70+75}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{580}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³，
故答案为：4；$\frac{580}{{N}_{A}×{a}^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、电负性、晶体类型与性质、空间构型与杂化方式、晶胞计算等，注意同周期第一电离能异常情况，晶胞中原子配位数之比与原子数目呈反比．