Question

【题目】镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的单质及某些化合物如砷化镓、磷化镓等都是常用的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。回答下列问题：

(1)硒常用作光敏材料，基态硒原子的核外电子排布式为[Ar]_______；与硒同周期的p区元素中第一电离能大于硒的元素有_____种；SeO3的空间构型是_______。

(2)根据元素周期律，原子半径Ga ___As，第一电离能Ga _____As。(填“大于”或“小于”)

(3)水晶的主要成分是二氧化硅，在水晶中硅原子的配位数是______，硅与氢结合能形成一系列的二元化合物SiH4、Si2H6等，与氯、溴结合能形成SiCl4 、SiBr4,上述四种物质的沸点由高到低的顺序为__________，丁硅烯(Si4H8)中σ键与π键个数之比为___。

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，熔点如下表所示，分析其变化原因___。

(5)GaN晶体结构如图所示。已知六棱柱底边边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA。

①晶体中Ga原子采用六方最密堆积方式，每个Ga原子周围距离最近的Ga原子数目为_____。

②从GaN晶体中“分割”出的平行六面体如图所示。若该平行六面体的体积为cm3，GaN晶体的密度为____g/cm3(用a、NA表示)。

Answer 1

【答案】 3 平面三角形 > < 4 11:1 结构相似的前提下，原子晶体的熔沸点与成键原子的半径呈反比，原子半径大小为N<P<As，因此GaN的熔点最高，GaAs的熔点最低 12

【解析】

（1）按要求画出硒原子的核外电子排布式即可，同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第VA族元素第一电离能大于相邻元素；气态分子中Se原子孤电子对数为0，价层电子对数为3，因此为平面三角形；

（2）同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小，据此来分析即可；

（3）二氧化硅中1个硅原子结合4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子，对于分子晶体来讲，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高；

（4）原子晶体中各原子之间是靠共价键形成的，在成键数相同的情况下，共价键的强度受成键原子的半径大小影响，半径越小则键能越大，N、P、As同属第VA族，因此三种物质的结构相似，而原子半径大小为N<P<As，因此GaN的熔点最高，GaAs的熔点最低；

（5）从六方晶胞的面心原子分析，上、中、下分别有3、6、3个配位原子，故配位数为12，接下来分析其化学式，位于晶胞顶点的原子为6个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为，位于晶胞面心的原子为2个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为，位于晶胞侧棱的原子为3个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为，位于晶胞底面上的棱棱心的原子为4个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为，位于晶胞体心的原子为1个晶胞共用，对一个晶胞的贡献为1，因此该结构为，再根据体积来计算密度即可。

（1）硒是34号元素，其核外电子排布式为，根据分析可知同周期中只有As、Br、Kr三种元素的第一电离能大于硒，而的结构为平面三角形；

（2）同周期主族元素的原子半径随原子序数的递增而逐渐减小，因此镓原子的半径大于砷原子，砷原子处于第VA族，其4p轨道处于半充满的稳定状态，第一电离能较大，因此砷原子的第一电离能大于镓原子；

（3）根据分析，水晶晶体中硅原子的配位数为4，几种分子晶体的熔沸点可以按照相对分子质量的大小来排列，因此沸点有：，丁硅烯的结构与丁烯类似，分子中有8个键，1个双键，2个键，因此分子中的σ键与π键的数个数之比为11:1；

（4）原子晶体中各原子之间是靠共价键形成的，在成键数相同的情况下，共价键的强度受成键原子的半径大小影响，半径越小则键能越大，N、P、As同属第VA族，因此三种物质的结构相似，而原子半径大小为N<P<As，因此GaN的熔点最高，GaAs的熔点最低；

（5）①从六方晶胞的面心原子分析，上、中、下分别有3、6、3个配位原子，故镓原子的配位数为12；

②根据分析得出化学式为，质量为，该六棱柱的底面为正六边形，边长为a cm，底面的面积为6个边长为a cm的正三角形面积之和，因此该底面的面积为，高为2倍的正四面体高，因此体积为，代入密度公式有。