Question

【題目】以氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)為代表的第三代半導體材料目前已成為全球半導體研究的前沿和熱點，如砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡的100倍，而耗能即為10%，推廣砷化鎵等發光二極管（LED）照明，是節能減排的有效舉措。請回答下列問題：

（1）鎵為元素周期表第31號元素，基態鎵原子的電子排布式為__________________，核外電子占據最高能層符號為________。

（2）氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結構，氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以_______鍵相結合，氮化鎵屬于_______晶體。

（3）下列說法正確的是________

A．第一電離能：As < Ga B．砷和鎵都屬于p區元素

C．電負性：As < Ga　 D．半導體GaP、SiC與砷化鎵為等電子體

（4）① 砷化鎵是將(CH3)3Ga和AsH3用MOCVD(金屬有機物化學氣相淀積)方法制備得到的，該反應在700℃進行，反應的方程式為：______________________________。

②反應物AsH3分子的幾何構型為_________,(CH3)3Ga中鎵原子雜化方式為___。

（5）實驗測得AsH3沸點比NH3低，其原因是：___________________________。

（6）下圖是氮化鎵的晶胞模型，氮化鎵為立方晶胞，氮化鎵的密度為d g/cm3。列式計算氮化鎵晶胞邊長a的表達式：a=______cm。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 N 共價 原子 BD （CH3）3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角錐形或型 sp2 NH3分子間能形成氫鍵，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵。

【解析】(1)鎵為元素周期表第31號元素，基態鎵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，核外電子占據最高能層符號為N，故答案為：1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1；N；

(2)金剛石是原子晶體，氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結構，氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以共價鍵相結合，氮化鎵也屬于原子晶體，故答案為：共價；原子；

(3)A．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大，則第一電離能：As＞Ga，故A錯誤；B．砷和鎵的價層電子都為sp電子，位于周期表p區，故B正確；C．同周期元素從左到右電負性逐漸增大，則電負性：As＞Ga，故C錯誤；D．GaP的價層電子為3+5=8，SiC的價層電子為4+4=8，GaAs價層電子數為3+5=8，則為等電子體，故D正確；故答案為：BD；

(4)①反應為(CH3)3Ga和AsH3，生成為GaAs，根據質量守恒可知還應有和CH4，反應的化學方程式為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4，故答案為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②AsH3中含有3個δ鍵和1個孤電子對，為三角錐形，(CH3)3Ga中Ga形成3個δ鍵，沒有孤電子對，為sp2雜化，故答案為：三角錐；sp2；

(5)N原子半徑較小，電負性較大，對應的NH3分子間能形成氫鍵，沸點較高，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵，沸點較低，故答案為：NH3分子間能形成氫鍵，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵；

(6)GaN晶胞中，Ga位于頂點和體心，所以含有Ga數為：8×+1=2，N原子位于棱和體心，所以N數為：4×+1=2，GaN晶胞中含有兩個GaN，晶胞邊長為==，故答案為：。