Question

目前大量的照明材料或屏幕都使用了發(fā)光二極管（LED）．市售LED晶片，材質基本以GaAs（砷化鎵）、AlGaInP（磷化鋁鎵銦）、InGaN（氮化銦鎵）為主．已知鎵是鋁同族下一周期的元素．砷化鎵的晶胞結構如圖．試回答：
（1）鎵的基態(tài)原子的價電子排布式是

 

．砷原子的雜化軌道類型是

 

．
（2）砷化鎵晶胞中所包含的砷原子（白色球）個數(shù)為

 

，與同一個鎵原子相連的砷原子構成的空間構型為

 

．與砷原子緊鄰的等距砷原子數(shù)為

 

．
（3）下列說法正確的是

 

．
A．砷化鎵晶胞結構與NaCl相同             B．電負性：As＞Ga
C．GaP與GaAs晶體類型相同，則前者熔點高   D．砷化鎵晶體中含有配位鍵
（4）已知砷化鎵的摩爾質量為M g/mol，該晶體的密度是ρ g/pm³，則砷原子半徑為

 

pm．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,判斷簡單分子或離子的構型

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）鎵的原子序數(shù)為31，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可以書寫出價電子的電子排布式，根據(jù)砷的價層電子對數(shù)可以判斷雜化方式；
（2）根據(jù)“均攤法”計算晶胞的結構；根據(jù)晶胞結構圖判斷晶胞中原子分布情況；
（3）由題中晶胞圖可知A砷和鎵的配位數(shù)都是4與NaCl不同，B砷和鎵位于同一周期，根據(jù)元素周期律可知電負性：As＞Ga，C磷原子半徑小于砷，所以Ga-P鍵的鍵能大于Ga-As鍵的鍵能，所以前者熔點高，D由于Ga原子最外層只有3個電子，而每個Ga原子與4個As原子成鍵，因此其中一個共價鍵必為配位鍵；
（4）根據(jù)晶胞中含有的原子個數(shù)及摩爾質量和密度可以估算出晶胞的體積，再根據(jù)晶胞的體積可以估算出砷原子半徑．

解答： 解：（1）鎵的原子序數(shù)為31，位于周期表中第四周期第IIIA，故其核外價電子的電子排布式為：4s²4p¹，因為砷的價層電子對數(shù)為

5+3

2

=4，所以砷原子按sp³方式進行雜化，故答案為：4s²4p¹； sp³；
（2）根據(jù)“均攤法”：白色球個數(shù)為6×

1

2

+8×

1

8

=4．由晶胞圖可知與同一個鎵原子相連的砷原子構成的空間構型為正四面體，與頂點砷原子緊鄰的等距砷原子分布在晶胞的面心上，一個頂點連有12個面，所以與頂點等距離緊鄰的砷也有12個，故答案為：4；正四面體；12；
（3）由題中晶胞圖可知，A、砷和鎵的配位數(shù)都是4與NaCl不同，故A錯誤；
B、砷和鎵位于同一周期，根據(jù)元素周期律可知電負性：As＞Ga，故B正確；
C、磷原子半徑小于砷，所以Ga-P鍵的鍵能大于Ga-As鍵的鍵能，所以前者熔點高，故C正確；
D、由于Ga原子最外層只有3個電子，而每個Ga原子與4個As原子成鍵，因此其中一個共價鍵必為配位鍵，故D正確；
故選BCD；
（4）設晶胞的邊長為apm，根據(jù)均攤法可知，每個晶胞中含有砷原子數(shù)為6×

1

2

+8×

1

8

=4，含有鎵原子數(shù)為4，所以有ρ=

4M NA

a3

，則a=

3	4M NAρ

，

根據(jù)晶胞的結構可知，晶胞的面對角線長度應為兩個砷原子直徑的長度之和，即砷原子半徑為晶胞面對角線的

1

4

，故砷原子半徑為

2 a

4

=

2

4

?

3	4M NA?ρ

pm，
故答案為：

2

4

?

3	4M NA?ρ

．

點評：本題考查了均攤法計算、晶體的結構、晶胞的計算等知識，中等難度，解題的難點在（4）中晶胞看作是由原子的實心球體堆積而成，利用幾何知識，分析得出晶胞體積與原子大小的關系．