Question

12．已知元素鎵和砷的單質(zhì)及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)上有重要的用途．回答下列問(wèn)題：
（1）砷元素基態(tài)原子的電子排布式為[Ar]3d¹⁰4s²4p³．
（2）砷與氫元素可形成化合物砷化氫，該化合物的空間構(gòu)型為三角錐，其中砷原子的雜化方式為sp³．
（3）根據(jù)等電子原理，寫出由短周期元素組成且與砷化氫互為等電子體的一種離子的化學(xué)式H₃O⁺．
（4）已知由元素砷與鎵元素組成的化合物A為第三代半導(dǎo)體．已知化合物A的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其中砷原子位于立方體內(nèi)，鎵原子位于立方體頂點(diǎn)和面心，請(qǐng)寫出化合物A的化學(xué)式GaAs；
（5）已知鋁與鎵元素位于同一主族，金屬鋁屬立方晶系，其晶胞邊長(zhǎng)為405pm，密度是2.70g•cm^-3，通過(guò)計(jì)算確定鋁原子在三維空間中堆積方式面心立方（已知N_A=6.02×10²³，1pm=10^-10cm，405³=6.64×10⁷）； 晶胞中距離最近的鋁原子可看作是接觸的，列式計(jì)算鋁的原子半徑r（A1）=143pm．

Answer 1

分析 （1）As所含質(zhì)子數(shù)為33，原子核外電子數(shù)為33；
（2）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定AsH₃的分子空間構(gòu)型；
（3）根據(jù)等電子體是指具有相同價(jià)電子總數(shù)和原子總數(shù)的分子或離子來(lái)回答；
（4）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中Ga原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數(shù)目=4，以此確定化學(xué)式；
（5）根據(jù)其密度、晶胞邊長(zhǎng)計(jì)算每個(gè)晶胞中含有的鋁原子個(gè)數(shù)，根據(jù)鋁原子個(gè)數(shù)判斷晶體類型．

解答 解：（1）As所含質(zhì)子數(shù)為33，原子核外電子數(shù)為33，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則寫出為[Ar]3d¹⁰4s²4p³，
故答案為：[Ar]3d¹⁰4s²4p³；
（2）AsH₃中As原子含有3個(gè)σ鍵和1個(gè)孤電子對(duì)，所以AsH₃為三角錐型，中心原子周圍三個(gè)σ鍵和一對(duì)孤對(duì)電子對(duì)，所以是sp³雜化，
故答案為：三角錐；sp³；
（3）砷化氫含有4個(gè)原子，且價(jià)層電子數(shù)為11，則與H₃O⁺互為等電子體，故答案為：H₃O⁺；
（4）由晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中Ga原子數(shù)目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、As原子數(shù)目=4，故該化合物化學(xué)式為GaAs，故答案為：GaAs；
（5）根據(jù)密度公式可得N（Al）×$\frac{27}{40{5}^{3}}$×10^-30×6.02×10²³=2.70，由此解得每個(gè)晶胞中含有的原子數(shù)N（Al）=4.00，∴其晶胞的類型面心立方晶胞；
在面心立方晶胞中，每個(gè)面的對(duì)角線上三個(gè)原子緊挨著，所以對(duì)角線長(zhǎng)度=$\sqrt{2}$×405pm，對(duì)角線為四個(gè)Al原子半徑之和，所以每個(gè)鋁原子半徑=$\frac{\sqrt{2}×405pm}{4}$=143pm，故答案為：面心立方；143．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了晶胞的計(jì)算、原子核外電子排布式的書寫、晶體類型的判斷等知識(shí)點(diǎn)，為高考常見題型，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，根據(jù)構(gòu)造原理、密度公式、晶體類型與熔沸點(diǎn)的關(guān)系來(lái)分析解答，難點(diǎn)的晶胞的計(jì)算，注意：面心離子分別中，每個(gè)面對(duì)角線上三個(gè)原子緊挨著，而不是每個(gè)棱上兩個(gè)原子緊挨著，為易錯(cuò)點(diǎn)．