Question

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

(1)基態N原子的核外電子排布式為___________，基態Ga原子核外有___________個未成對電子。

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

(3)二水合草酸鎵的結構如圖所示，其中鎵原子的配位數為___________。

(4)砷化鎵可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃時制得。(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，其晶胞結構如圖所示。Ga與As以___________鍵鍵合。Ga和As的原子半徑分別為apm和bpm，設阿伏加德羅常數的值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為___________(列出計算式，可不化簡)。

Answer 1

【答案】1s22s22p3 1 +1 大 4 sp2 共價 ×100%

【解析】

(1)根據N、Ga的原子序數，結合原子構造原理分析解答；

(2)根據電離能差值分析元素的化合價，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增大，電負性增強，同主族元素隨著原子序數增大，電負性增強；根據同一周期元素的電負性變化規律分析比較；

(3)一個Ga與4個O相連，據此判斷配位數；

(4)利用價層電子對互斥模型判斷原子雜化方式；

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

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

(2)根據Ga失去電子的逐級電離能數值，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值差別較大，說明失去第二個電子和失去第四個電子較困難，所以呈現的價態是+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，原子序數越大，元素的非金屬性越強，其電負性越大，所有電負性As>Ga；

(3)一個Ga與4個O相連，所以Ga的配位數為4；

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

(5) GaAs為原子晶體，原子間以共價鍵結合；利用均攤法計算一個晶胞中含有的As、Ga原子數，As：8×+6×=4，Ga：4×1=4，即一個晶胞中含有4個GaAs；由于晶胞的密度為ρg·cm－3，晶胞的質量m=g，所以晶胞的體積V=cm3；4個Ga原子的體積為V(Ga)=cm3；4個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%。