Question

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

（1）基態(tài)Ga原子的核外電子排布式為__________，基態(tài)As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）比較下列鎵的鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，分析其變化規(guī)律及原因：__________________________。

鎵的鹵化物	GaCl3	GaBr3	GaI3
熔點(diǎn)/℃	77.75	122.3	211.5
沸點(diǎn)/℃	201.2	279	346

GaF3的熔點(diǎn)超過1000℃，可能的原因是_______________________________________。

（4）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__________，草酸根中碳原子的雜化方式為__________。

（5）砷化鎵熔點(diǎn)為1238℃，立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為a=565pm，該晶體的類型為__________，晶體的密度為__________(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，列出算式即可)g·cm-3。

Answer 1

【答案】 [ Ar ]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1) 3 +1(寫+1、+2) 大 GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸點(diǎn)依次升高。它們均為分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng) GaF3為離子晶體 4 Sp2 原子晶體

【解析】(1) Ga的原子序數(shù)為31，所以基態(tài)原子的電子排布式為[ Ar ]3d104s24p1(或1s22s22p6 3s23p6 3d104s24p1)；As的原子序數(shù)為33，則基態(tài)原子的電子排布式為[ Ar ]3d104s24p3，所以基態(tài)As原子核外有3個(gè)未成對(duì)電子；

(2)電離能是氣態(tài)原子失去電子所需要的能量，由鎵的前四級(jí)電離能可知，其主要化合價(jià)為+1、+3，由于As的最外層電子排布為4s24p3，是全滿或半滿，而Ga的最外層電子排布為4s24p1，特別是4p1易失電子，所以砷的電負(fù)性比鎵大；

(3)表中數(shù)據(jù)顯示，鎵的鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都不高，且按照氯、溴、碘依次升高，原因是它們的組成相同，結(jié)構(gòu)相似，都是分子晶體，所以隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，分子間作用力增大，故熔沸點(diǎn)升高；而GaF3的熔點(diǎn)超過1000℃，是由于F的電負(fù)性很大，形成的GaF3是離子晶體；

(4)由二水合草酸鎵的結(jié)構(gòu)圖可得，鎵原子的配位數(shù)為4；草酸根中碳原子與羧基中的碳原子的雜化方式相同，形成的都是平面結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)該是sp2雜化；

(5)由于該晶體的熔點(diǎn)高，且砷和鎵都不是活潑元素，所以該晶體是原子晶體，其化學(xué)式為Ga4As4，該晶胞的質(zhì)量m=g，體積為V =(565×10-10)3 cm3，則其密度為 g/cm3。