Question

【題目】I.1915年諾貝爾物理學獎授予Henry Bragg和Lawrence Bragg，以表彰他們用X射線對晶體結構的分析所作的貢獻。

科學家通過X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結構示意圖可簡單表示如下，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示。

（1）寫出基態Cu原子的核外電子排布式____________________。

（2）寫出膽礬晶體中水合銅離子的結構簡式(必須將配位鍵表示出來)_________________。

II.砷化鎵(GaAs)是優良的半導體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池的材料等。回答下列問題：

（1）寫出基態As原子的外圍電子排布式________。

（2）根據元素周期律，原子半徑Ga_______As，第一電離能Ga______As。(填“大于”或“小于”)

（3）AsCl3分子的立體構型為_______，其中As的雜化軌道類型為________。

（4）GaF3的熔點高于1 000 ℃，GaCl3的熔點為77.9 ℃，其原因是__________________。

（5）GaAs的熔點為1 238 ℃，密度為ρ g·cm－3，其晶胞結構如圖所示。該晶體的類型為________，Ga與As以___________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質量分別為M1 g·mol－1和M2 g·mol－1，原子半徑分別為r1 pm和r2 pm，阿伏加德羅常數值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為__________________________(列出含ρ和NA的計算式）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 4s24p3 大于 小于 三角錐型 sp3 GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體 原子晶體 共價 4π×10-30ρNA(r13+r23)/3(M1+M2)×100%

【解析】Ⅰ（1）Cu為第29號元素，其核外電子排布為：[Ar]3d104s1。

（2）圖示中Cu2+與周圍四個水分子中的O之間形成的都應該是配位鍵，顯然應該是Cu2+提供空軌道，所以該離子為：。

Ⅱ（1）As為33號元素，所以核外電子排布為：[Ar] 3d104s24p3，所以外圍電子排布式為：4s24p3。

（2）同周期由左向右半徑逐漸減小，所以半徑Ga＞As。As的4p能級為半滿的穩定結構，所以其第一電離能增大，即第一電離能為：Ga＜As。

（3）根據價層電子對互斥理論AsCl3的價電子對為4，配位數為3，所以分子是三角錐形，As為sp3雜化。

（4）GaF3的熔點高于1 000 ℃，GaCl3的熔點為77.9 ℃，其差異如此之大，只可能是因為晶體類型發生變化，即GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體。

（5）根據晶體的熔點和晶胞結構可以判斷該晶體為原子晶體，所以原子之間應該以共價鍵鍵合。晶胞中含有4個GaAs，所以晶胞質量為4(M1+M2)/NA g，進而得到晶胞密度為4(M1+M2)/ (ρNA) cm3＝4×1030(M1+M2)/ (ρNA) pm3。晶胞中含有4個Ga和4個As，所以原子的體積為(4×4πr13/3 + 4×4πr23/3)pm3；所以GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為(4×4πr13/3 + 4×4πr23/3)÷[4×1030(M1+M2)/ (ρNA)]＝4π×10-30ρNA(r13+r23)/3(M1+M2) ×100%。