Question

【題目】鎳與第VA族元素形成的化合物是重要的半導(dǎo)體材料，其中應(yīng)用最廣泛的是砷化鎵(GaAs)。回答下列問題：

(1)基態(tài)N原子的核外電子排布式為___________，基態(tài)Ga原子核外有___________個(gè)未成對(duì)電子。

(2)鎵失去電子的逐級(jí)電離能(單位：kJ·mol－1)的數(shù)值依次為577、1985、2962、6192，由此可推知鎵的主要化合價(jià)為___________和+3。砷的電負(fù)性比鎵___________(填“大”或“小”)。

(3)二水合草酸鎵的結(jié)構(gòu)如圖所示，其中鎵原子的配位數(shù)為___________。

(4)砷化鎵可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃時(shí)制得。(CH3)3Ga中鎵原子的雜化方式為___________。

(5)GaAs為原子晶體，密度為ρg·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。Ga與As以___________鍵鍵合。Ga和As的原子半徑分別為apm和bpm，設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為___________(列出計(jì)算式，可不化簡)。

Answer 1

【答案】1s22s22p3 1 +1 大 4 sp2 共價(jià) ×100%

【解析】

(1)根據(jù)N、Ga的原子序數(shù)，結(jié)合原子構(gòu)造原理分析解答；

(2)根據(jù)電離能差值分析元素的化合價(jià)，電離能差值過大說明失去該電子較困難，同周期元素隨著原子序數(shù)增大，電負(fù)性增強(qiáng)，同主族元素隨著原子序數(shù)增大，電負(fù)性增強(qiáng)；根據(jù)同一周期元素的電負(fù)性變化規(guī)律分析比較；

(3)一個(gè)Ga與4個(gè)O相連，據(jù)此判斷配位數(shù)；

(4)利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷原子雜化方式；

(5)GaAs為原子晶體，原子間以共價(jià)鍵結(jié)合；利用均攤法計(jì)算一個(gè)晶胞中含有的As、Ga原子數(shù)，通過計(jì)算晶胞體積、晶胞中As、Ga的總體積就可計(jì)算出原子的體積占晶胞體積的百分率。

(1)N是7號(hào)元素，核外電子排布式是1s22s22p3，Ga是31號(hào)元素，位于第四周期第IIIA，核外電子排布式是[Ar]3d104s24p1，應(yīng)用一個(gè)軌道最多可容納2個(gè)自旋方向相反的電子，所以在3d、4s軌道上電子成對(duì)，只有4p電子是成單電子，故Ga原子核外有1個(gè)未成對(duì)電子；

(2)根據(jù)Ga失去電子的逐級(jí)電離能數(shù)值，第一電離能和第二電離能差值較大，且第三電離能和第四電離能數(shù)值差別較大，說明失去第二個(gè)電子和失去第四個(gè)電子較困難，所以呈現(xiàn)的價(jià)態(tài)是+1和+3；Ga、As是同一周期的元素，一般情況下，同一周期的元素，原子序數(shù)越大，元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大，所有電負(fù)性As>Ga；

(3)一個(gè)Ga與4個(gè)O相連，所以Ga的配位數(shù)為4；

(4) (CH3)3Ga中Ga形成3個(gè)δ鍵，沒有孤電子對(duì)，所有Ga原子的雜化方式為sp2雜化；

(5) GaAs為原子晶體，原子間以共價(jià)鍵結(jié)合；利用均攤法計(jì)算一個(gè)晶胞中含有的As、Ga原子數(shù)，As：8×+6×=4，Ga：4×1=4，即一個(gè)晶胞中含有4個(gè)GaAs；由于晶胞的密度為ρg·cm－3，晶胞的質(zhì)量m=g，所以晶胞的體積V=cm3；4個(gè)Ga原子的體積為V(Ga)=cm3；4個(gè)As原子的體積為V(As)=cm3；所以GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為×100%=×100%。