Question

【題目】金屬鎵有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)，鎵及其化合物應(yīng)用廣泛。

(1)基態(tài)Ga原子中有_____種能量不同的電子，其價(jià)電子排布式為_________。

(2)第四周期的主族元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)與鎵相同的元素有_______(填元素符號(hào))。

(3)三甲基鎵[(CH3)3Ga]是制備有機(jī)鎵化合物的中間體。

①在700℃時(shí)，(CH3)3Ga和AsH3反應(yīng)得到GaAs，化學(xué)方程式為____________________。

②(CH3)3Ga中Ga原子的雜化方式為__________；AsH3的空間構(gòu)型是________________。

(4)GaF3的熔點(diǎn)為1000℃，GaC13的熔點(diǎn)為77.9℃，其原因是_______________________。

(5)砷化鎵是半導(dǎo)體材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。

①晶胞中與Ga原子等距離且最近的As原子形成的空間構(gòu)型為_______。

②原子坐標(biāo)參數(shù)是晶胞的基本要素之一，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。圖中a(0，0，0)、b(1，)，則c原子的坐標(biāo)參數(shù)為______________。

③砷化鎵的摩爾質(zhì)量為M g·mol-1，Ga的原子半徑為p nm，則晶體的密度為____g·cm-3。

Answer 1

【答案】8 4s24p1 K、Br (CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4 sp2 三角錐形 GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體 正四面體 （，，）

【解析】

(1)基態(tài)Ga原子核外有31個(gè)電子，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，不同的原子軌道能量不同；

(2)基態(tài)Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，未成對(duì)電子數(shù)是1，第四周期的主族元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)也是1的，其電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p63d104s1；

(3)①在700℃時(shí)，(CH3)3Ga和AsH3反應(yīng)得到GaAs，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有CH4，結(jié)合原子守恒可寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式為；

②利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子的空間構(gòu)型和雜化方式；

(4)GaF3的熔點(diǎn)為1000℃，GaC13的熔點(diǎn)為77.9℃，兩者熔點(diǎn)差異較大，是由于其中一種為離子晶體，一種為分子晶體；

(5)①在GaAs晶體中，距離每個(gè)Ga原子最近的As原子有4個(gè)；

②晶胞中距離a球最遠(yuǎn)的黑球c與a球的連線處于晶胞體對(duì)角線上，根據(jù)幾何原理二者距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的，該黑色球c距離各坐標(biāo)平面距離均為晶胞棱長(zhǎng)的；

③晶胞中含Ga原子數(shù)為8+=4，As原子數(shù)目為4，則晶胞中含有GaAs的數(shù)目為4，晶胞的質(zhì)量為g；根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，晶胞的面對(duì)角線長(zhǎng)度應(yīng)為兩個(gè)砷原子直徑的長(zhǎng)度之和，即砷原子半徑為晶胞面對(duì)角線的，則晶胞邊長(zhǎng)a=×10-7cm，晶胞的體積為a3=×10-21cm3，由此計(jì)算晶胞的密度。

(1)Ga元素在周期表中的位置為第四周期第IIIA族，其核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s24p1，其中不同的原子軌道能量不同，電子排布在不同原子軌道上，電子的能量也是不同的，因此共有8種不同能量的電子，其價(jià)電子排布式為：4s24p1；

(2)基態(tài)Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，未成對(duì)電子數(shù)是1，第四周期的主族元素中，基態(tài)原子未成對(duì)電子數(shù)也是1的，其電子排布式應(yīng)為1s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p63d104s24p5，其中核電荷數(shù)19為鉀元素，元素符號(hào)為K；核電荷數(shù)35為溴元素，元素符號(hào)為Br；

(3)①在700℃時(shí)，(CH3)3Ga和AsH3反應(yīng)得到GaAs和CH4，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②，（CH3）3Ga中Ga形成3個(gè)δ鍵，沒有孤電子對(duì)，為sp2雜化；AsH3中心原子As電子對(duì)數(shù)=3+=4，為sp3雜化，有一對(duì)孤電子對(duì)，故分子空間構(gòu)型為三角錐形；

(4)GaF3屬于離子晶體，GaCl3屬于分子晶體，兩者熔點(diǎn)相差較大；

(5)①由晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，砷化鎵的晶胞與金剛石的晶胞相似，兩種原子的配位數(shù)均為4，即Ga原子周圍與之距離最近且距離相等的As原子有4個(gè)，形成正四面體結(jié)構(gòu)，Ga處于正四面體的中心；

②晶胞中距離a球最遠(yuǎn)的黑球c與a球的連線處于晶胞體對(duì)角線上，根據(jù)幾何原理二者距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的，該黑色球c距離各坐標(biāo)平面距離均為晶胞棱長(zhǎng)的，由坐標(biāo)參數(shù)可知晶胞棱長(zhǎng)為1，故該黑色球c到各坐標(biāo)平面的距離均為，故該黑色球的坐標(biāo)參數(shù)為 （，，）；

③晶胞中含Ga原子數(shù)為8+=4，As原子數(shù)目為4，則晶胞中含有GaAs的數(shù)目為4，晶胞的質(zhì)量為g；根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)可知，晶胞的面對(duì)角線長(zhǎng)度應(yīng)為兩個(gè)砷原子直徑的長(zhǎng)度之和，即砷原子半徑為晶胞面對(duì)角線的，則晶胞邊長(zhǎng)a=×10-7cm，晶胞的體積為a3=×10-21cm3，故晶胞的密度=g·cm-3=g·cm-3。