Question

12．已知元素镓和砷的单质及其化合物在工业生产上有重要的用途．回答下列问题：
（1）砷元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d¹⁰4s²4p³．
（2）砷与氢元素可形成化合物砷化氢，该化合物的空间构型为三角锥，其中砷原子的杂化方式为sp³．
（3）根据等电子原理，写出由短周期元素组成且与砷化氢互为等电子体的一种离子的化学式H₃O⁺．
（4）已知由元素砷与镓元素组成的化合物A为第三代半导体．已知化合物A的晶胞结构与金刚石相似，其中砷原子位于立方体内，镓原子位于立方体顶点和面心，请写出化合物A的化学式GaAs；
（5）已知铝与镓元素位于同一主族，金属铝属立方晶系，其晶胞边长为405pm，密度是2.70g•cm^-3，通过计算确定铝原子在三维空间中堆积方式面心立方（已知N_A=6.02×10²³，1pm=10^-10cm，405³=6.64×10⁷）； 晶胞中距离最近的铝原子可看作是接触的，列式计算铝的原子半径r（A1）=143pm．

Answer 1

分析 （1）As所含质子数为33，原子核外电子数为33；
（2）根据价层电子对互斥理论确定AsH₃的分子空间构型；
（3）根据等电子体是指具有相同价电子总数和原子总数的分子或离子来回答；
（4）由晶胞结构可知，晶胞中Ga原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子数目=4，以此确定化学式；
（5）根据其密度、晶胞边长计算每个晶胞中含有的铝原子个数，根据铝原子个数判断晶体类型．

解答 解：（1）As所含质子数为33，原子核外电子数为33，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则写出为[Ar]3d¹⁰4s²4p³，
故答案为：[Ar]3d¹⁰4s²4p³；
（2）AsH₃中As原子含有3个σ键和1个孤电子对，所以AsH₃为三角锥型，中心原子周围三个σ键和一对孤对电子对，所以是sp³杂化，
故答案为：三角锥；sp³；
（3）砷化氢含有4个原子，且价层电子数为11，则与H₃O⁺互为等电子体，故答案为：H₃O⁺；
（4）由晶胞结构可知，晶胞中Ga原子数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子数目=4，故该化合物化学式为GaAs，故答案为：GaAs；
（5）根据密度公式可得N（Al）×$\frac{27}{40{5}^{3}}$×10^-30×6.02×10²³=2.70，由此解得每个晶胞中含有的原子数N（Al）=4.00，∴其晶胞的类型面心立方晶胞；
在面心立方晶胞中，每个面的对角线上三个原子紧挨着，所以对角线长度=$\sqrt{2}$×405pm，对角线为四个Al原子半径之和，所以每个铝原子半径=$\frac{\sqrt{2}×405pm}{4}$=143pm，故答案为：面心立方；143．

点评 本题考查了晶胞的计算、原子核外电子排布式的书写、晶体类型的判断等知识点，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力和计算能力，根据构造原理、密度公式、晶体类型与熔沸点的关系来分析解答，难点的晶胞的计算，注意：面心离子分别中，每个面对角线上三个原子紧挨着，而不是每个棱上两个原子紧挨着，为易错点．