Question

6．砷化鎵（GaAs）是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等．回答下列問題：
（1）寫出基態(tài)As原子的核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³．
（2）根據(jù)元素周期律，原子半徑Ga大于As，第一電離能Ga小于As．（填“大于”或“小于”）
（3）AsCl₃分子的立體構(gòu)型為三角錐形，其中As的雜化軌道類型為sp³．
（4）GaF₃的熔點高于1000℃，GaCl₃的熔點為77.9℃，其原因是GaF₃為離子晶體，GaCl₃為分子晶體，離子晶體的熔點高．
（5）GaAs的熔點為1238℃，密度為ρ g•cm^-3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．該晶體的類型為原子晶體，Ga與As以共價鍵鍵合．Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為M_Ga g•mol^-1和M_As g•mol^-1，原子半徑分別為r_Ga pm和r_As pm，阿伏伽德羅常數(shù)值為N_A，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{4π×1{0}^{-30}N{\;}_{A}ρ（{r}_{Ga}^{3}+{r}_{As}^{3}）}{3（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}$×100%．

Answer 1

分析 （1）As為ⅤA族33號元素，電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）同一周期，原子序數(shù)越小半徑越大，同周期第一電離能從左到右，逐漸增大；
（3）AsCl₃中價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對個數(shù)=3+$\frac{5-3×1}{2}$=4，所以原子雜化方式是sp³，由于有一對孤對電子對，分子空間構(gòu)型為三角錐形；
（4）GaF₃的熔點高于1000℃，GaCl₃的熔點為77.9℃，其原因是GaF₃為離子晶體，GaCl₃為分子晶體，離子晶體的熔點高；
（5）GaAs的熔點為1238℃，熔點較高，以共價鍵結(jié)合形成屬于原子晶體，密度為ρ g•cm^-3，根據(jù)均攤法計算，As：$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，Ga：4×1=4，故其晶胞中原子所占的體積V₁=（$\frac{4}{3}π{{r}^{3}}_{As}×4+\frac{4}{3}π{{r}^{3}}_{Ga}×4$）×10^-30，晶胞的體積V₂=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{4×\frac{（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}{{N}_{A}}}{ρ}$，故GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{{V}_{1}}{{V}_{2}}×100%$將V₁、V₂帶入計算得百分率=$\frac{4π×1{0}^{-30}N{\;}_{A}ρ（{r}_{Ga}^{3}+{r}_{As}^{3}）}{3（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}$×100%．

解答 解：（1）As為ⅤA族33號元素，電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；
（2）根據(jù)元素周期律，Ga與As位于同一周期，Ga原子序數(shù)小于As，故半徑Ga大于As，同周期第一電離能從左到右，逐漸增大，故第一電離能Ga小于As，
故答案為：大于；小于；
（3）AsCl₃中價層電子對個數(shù)=σ鍵個數(shù)+孤電子對個數(shù)=3+$\frac{5-3×1}{2}$=4，所以原子雜化方式是sp³，由于有一對孤對電子對，分子空間構(gòu)型為三角錐形，
故答案為：三角錐形；sp³；
（4）GaF₃的熔點高于1000℃，GaCl₃的熔點為77.9℃，其原因是GaF₃為離子晶體，GaCl₃為分子晶體，離子晶體的熔點高，
故答案為：GaF₃為離子晶體，GaCl₃為分子晶體，離子晶體的熔點高；
（5）GaAs的熔點為1238℃，熔點較高，以共價鍵結(jié)合形成屬于原子晶體，密度為ρ g•cm^-3，根據(jù)均攤法計算，As：$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=4$，Ga：4×1=4，故其晶胞中原子所占的體積V₁=（$\frac{4}{3}π{{r}^{3}}_{As}×4+\frac{4}{3}π{{r}^{3}}_{Ga}×4$）×10^-30，晶胞的體積V₂=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{4×\frac{（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}{{N}_{A}}}{ρ}$，故GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為$\frac{{V}_{1}}{{V}_{2}}×100%$將V₁、V₂帶入計算得百分率=$\frac{4π×1{0}^{-30}N{\;}_{A}ρ（{r}_{Ga}^{3}+{r}_{As}^{3}）}{3（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}$×100%，
故答案為：原子晶體；共價；$\frac{4π×1{0}^{-30}N{\;}_{A}ρ（{r}_{Ga}^{3}+{r}_{As}^{3}）}{3（{M}_{Ga}+{M}_{As}）}$×100%．

點評 本題考查了分子空間構(gòu)型、電子排布式、原子雜化方式、晶胞密度的計算、電離能及半徑大小比較等知識，綜合性較強(qiáng)，最后的計算難度較大，要求學(xué)生有較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和扎實的基礎(chǔ)，也是對學(xué)生能力的考查．