【题目】砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料,可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题:
(1)写出基态As原子的核外电子排布式________________________。
(2)根据元素周期律,原子半径Ga_____________As,第一电离能Ga____________As。(填“大于”或“小于”)
(3)AsCl3分子的立体构型为____________________,其中As的杂化轨道类型为_________。
(4)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是_____________________。
(5)GaAs的熔点为1238℃,密度为ρg·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________________,Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏伽德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。
【答案】 大于 小于 三角锥形 sp3 GaF3是离子晶体,GaCl3是分子晶体,离子晶体GaF3的熔沸点高 原子晶体 共价键
【解析】试题分析: (1)As为ⅤA族33号元素,电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s24p3;
(2)同一周期,原子序数越小半径越大,同周期第一电离能从左到右,逐渐增大;
(3)AsCl3中价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+1 =4,所以原子杂化方式是sp3,由于有一对孤对电子对,分子空间构型为三角锥形;
(4)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体,离子晶体的熔点高;
(5)GaAs的熔点为1238℃,熔点较高,以共价键结合形成属于原子晶体,密度为ρ g cm﹣3,根据均摊法计算,As: ,Ga:4×1=4,rGapm和rAspm,故其晶胞中原子所占的体积V1= ×10﹣30,1个晶胞的体积V2= ,将V1、V2带入计算 GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率。
解析:根据以上分析,(1)As为ⅤA族33号元素,电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s24p3;
(2)根据元素周期律,Ga与As位于同一周期,Ga原子序数小于As,故半径Ga大于As,同周期第一电离能从左到右,逐渐增大,故第一电离能Ga小于As;
(3)AsCl3中价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+1 =4,所以原子杂化方式是sp3,由于有一对孤对电子对,分子空间构型为三角锥形;
(4)GaF3的熔点高于1000℃,GaCl3的熔点为77.9℃,其原因是GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体,离子晶体的熔点高;
(5)GaAs的熔点为1238℃,熔点较高,以共价键结合形成属于原子晶体,密度为ρ gcm﹣3,根据均摊法计算,As: ,Ga:4×1=4,故其晶胞中原子所占的体积V1= ×10﹣30,晶胞的体积V2= ,故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 将V1、V2带入计算得百分率= ×100%=。
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