Question

18．砷化鎵為第三代半導體，以其為材料制造的燈泡壽命長，耗能少．已知砷化鎵的晶胞結構如圖所示．請回答下列問題：
（1）下列說法正確的是BC（填序號）
A．砷化鎵晶胞結構與NaCl相同B．第一電離能 As＞Ga
C．電負性 As＞Ga             D．原子半徑 As＞Ga
（2）砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應制得，該反應的化學方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs．
（3）AsH₃空間構型為三角錐形；已知（CH₃）₃Ga為非極性分子，則其中鎵原子的雜化方式是sp²．
（4）砷化鎵晶體中最近的砷和鎵原子核間距為a cm，砷化鎵的摩爾質量為b g•mol^-1，阿伏伽德羅常數(shù)值為N_A，則砷化鎵晶體密度的表達式為$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$ g•cm^-3．!

Answer 1

分析 （1）A．對比GaAs與NaCl中陰陽離子在晶胞中的分布可判斷晶胞結構是否一樣；
B．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大；
C．同周期元素從左到右電負性逐漸增大；
D．同周期自左而右原子半徑減小；
（2）根據反應物、生成物結合反應條件可書寫化學方程式；
（3）利用價層電子對互斥模型判斷分子的空間構型和雜化方式；
（4）先根據直角三角形計算正四面體的邊長，確定晶胞的邊長，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算密度．

解答 解：（1）A．GaAs晶體中As分布于晶胞體心，Ga分布于頂點和面心，而NaCl中陰陽離子分別位于晶胞的頂點、面心以及棱和體心，二者結構不同，故A錯誤；
B．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正確；
D．同周期自左而右原子半徑減小，故原子半徑As＜Ga，故D錯誤，
故答案為：BC；
（2）反應為（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成為GaAs，根據質量守恒可知還應有CH₄，反應的化學方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs；
（3）AsH₃中心原子As電子對數(shù)=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，為sp³雜化，有一對孤電子對，故分子空間構型為三角錐形，（CH₃）₃Ga中Ga形成3個δ鍵，沒有孤電子對，為sp²雜化，
故答案為：三角錐形；sp²；
（4）在砷化鎵晶胞中，含有Ga=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，含有As=4，因此每個晶胞中含有4個GaAs．在砷化鎵晶體中最近的砷和鎵原子核間距為a cm，由于As處于與它相連的四個Ga構成的四面體的幾何中心．距離最近且相等的As原子之間的距離為L．則a=$\frac{\sqrt{6}}{4}$L，L=$\frac{4a}{\sqrt{6}}$．最近的兩個As在晶胞面對角線的$\frac{1}{2}$處．設該晶胞的長度是x，則$\frac{\sqrt{2}}{2}$；解得x=$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，則砷化鎵晶體密度的表達式為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×\frac{{N}_{A}}}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，
故答案為：$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 考查學生對物質結構與性質模塊的掌握情況，重點考查結構知識，涉及電離能、電負性、原子半徑、空間結構、雜化軌道、化學式、金屬晶體電子氣理論，考查知識全面、覆蓋廣，難度適中，可以衡量學生對該模塊主干知識的掌握情況．