Question

【题目】镍与第VA族元素形成的化合物是重要的半导体材料，其中应用最广泛的是砷化镓(GaAs)。回答下列问题：

(1)基态N原子的核外电子排布式为___________，基态Ga原子核外有___________个未成对电子。

(2)镓失去电子的逐级电离能(单位：kJ·mol－1)的数值依次为577、1985、2962、6192，由此可推知镓的主要化合价为___________和+3。砷的电负性比镓___________(填“大”或“小”)。

(3)二水合草酸镓的结构如图所示，其中镓原子的配位数为___________。

(4)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃时制得。(CH3)3Ga中镓原子的杂化方式为___________。

(5)GaAs为原子晶体，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如图所示。Ga与As以___________键键合。Ga和As的原子半径分别为apm和bpm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为___________(列出计算式，可不化简)。

Answer 1

【答案】1s22s22p3 1 +1 大 4 sp2 共价 ×100%

【解析】

(1)根据N、Ga的原子序数，结合原子构造原理分析解答；

(2)根据电离能差值分析元素的化合价，电离能差值过大说明失去该电子较困难，同周期元素随着原子序数增大，电负性增强，同主族元素随着原子序数增大，电负性增强；根据同一周期元素的电负性变化规律分析比较；

(3)一个Ga与4个O相连，据此判断配位数；

(4)利用价层电子对互斥模型判断原子杂化方式；

(5)GaAs为原子晶体，原子间以共价键结合；利用均摊法计算一个晶胞中含有的As、Ga原子数，通过计算晶胞体积、晶胞中As、Ga的总体积就可计算出原子的体积占晶胞体积的百分率。

(1)N是7号元素，核外电子排布式是1s22s22p3，Ga是31号元素，位于第四周期第IIIA，核外电子排布式是[Ar]3d104s24p1，应用一个轨道最多可容纳2个自旋方向相反的电子，所以在3d、4s轨道上电子成对，只有4p电子是成单电子，故Ga原子核外有1个未成对电子；

(2)根据Ga失去电子的逐级电离能数值，第一电离能和第二电离能差值较大，且第三电离能和第四电离能数值差别较大，说明失去第二个电子和失去第四个电子较困难，所以呈现的价态是+1和+3；Ga、As是同一周期的元素，一般情况下，同一周期的元素，原子序数越大，元素的非金属性越强，其电负性越大，所有电负性As>Ga；

(3)一个Ga与4个O相连，所以Ga的配位数为4；

(4) (CH3)3Ga中Ga形成3个δ键，没有孤电子对，所有Ga原子的杂化方式为sp2杂化；

(5) GaAs为原子晶体，原子间以共价键结合；利用均摊法计算一个晶胞中含有的As、Ga原子数，As：8×+6×=4，Ga：4×1=4，即一个晶胞中含有4个GaAs；由于晶胞的密度为ρg·cm－3，晶胞的质量m=g，所以晶胞的体积V=cm3；4个Ga原子的体积为V(Ga)=cm3；4个As原子的体积为V(As)=cm3；所以GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%=×100%。