Question

12．已知元素鎵和砷的單質及其化合物在工業(yè)生產上有重要的用途．回答下列問題：
（1）砷元素基態(tài)原子的電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s²4p³．
（2）砷與氫元素可形成化合物砷化氫，該化合物的空間構型為三角錐，其中砷原子的雜化方式為sp³．
（3）根據等電子原理，寫出由短周期元素組成且與砷化氫互為等電子體的一種離子的化學式H₃O⁺．
（4）已知由元素砷與鎵元素組成的化合物A為第三代半導體．已知化合物A的晶胞結構與金剛石相似，其中砷原子位于立方體內，鎵原子位于立方體頂點和面心，請寫出化合物A的化學式GaAs；
（5）已知鋁與鎵元素位于同一主族，金屬鋁屬立方晶系，其晶胞邊長為405pm，密度是2.70g•cm^-3，通過計算確定鋁原子在三維空間中堆積方式面心立方（已知N_A=6.02×10²³，1pm=10^-10cm，405³=6.64×10⁷）； 晶胞中距離最近的鋁原子可看作是接觸的，列式計算鋁的原子半徑r（A1）=143pm．

Answer 1

分析 （1）As所含質子數為33，原子核外電子數為33；
（2）根據價層電子對互斥理論確定AsH₃的分子空間構型；
（3）根據等電子體是指具有相同價電子總數和原子總數的分子或離子來回答；
（4）由晶胞結構可知，晶胞中Ga原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數目=4，以此確定化學式；
（5）根據其密度、晶胞邊長計算每個晶胞中含有的鋁原子個數，根據鋁原子個數判斷晶體類型．

解答 解：（1）As所含質子數為33，原子核外電子數為33，根據能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則寫出為[Ar]3d¹⁰4s²4p³，
故答案為：[Ar]3d¹⁰4s²4p³；
（2）AsH₃中As原子含有3個σ鍵和1個孤電子對，所以AsH₃為三角錐型，中心原子周圍三個σ鍵和一對孤對電子對，所以是sp³雜化，
故答案為：三角錐；sp³；
（3）砷化氫含有4個原子，且價層電子數為11，則與H₃O⁺互為等電子體，故答案為：H₃O⁺；
（4）由晶胞結構可知，晶胞中Ga原子數目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數目=4，故該化合物化學式為GaAs，故答案為：GaAs；
（5）根據密度公式可得N（Al）×$\frac{27}{40{5}^{3}}$×10^-30×6.02×10²³=2.70，由此解得每個晶胞中含有的原子數N（Al）=4.00，∴其晶胞的類型面心立方晶胞；
在面心立方晶胞中，每個面的對角線上三個原子緊挨著，所以對角線長度=$\sqrt{2}$×405pm，對角線為四個Al原子半徑之和，所以每個鋁原子半徑=$\frac{\sqrt{2}×405pm}{4}$=143pm，故答案為：面心立方；143．

點評 本題考查了晶胞的計算、原子核外電子排布式的書寫、晶體類型的判斷等知識點，為高考常見題型，側重考查學生的分析能力和計算能力，根據構造原理、密度公式、晶體類型與熔沸點的關系來分析解答，難點的晶胞的計算，注意：面心離子分別中，每個面對角線上三個原子緊挨著，而不是每個棱上兩個原子緊挨著，為易錯點．