Question

4．請完成下列各題：
第ⅢA、ⅤA元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結構與金剛石相似．
（1）Ga原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹．
（2）在GaAs晶體中，每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體．
（3）在四大晶體類型中，GaAs屬于原子晶體．
（4）As與Ga之間存在的化學鍵有BEG（填字母）
A．離子鍵    B．σ鍵    C．π鍵    D．氫鍵
E．配位鍵     F．金屬鍵    G．極性鍵
（5）GaAs晶胞如圖所示，其晶胞邊長為564.0pm，密度為5.37g/cm³（列式并計算），a位置As原子與b位置Ga原子之間的距離為141$\sqrt{3}$pm（列式表示）．（Ga、As的相對原子質(zhì)量分別為70、75）

Answer 1

分析 （1）Ga是31號元素，其基態(tài)原子核外有31個電子，根據(jù)構造原理書寫其原子核外電子排布式；
（2）單晶硅是Si正四面體向空間延伸的立體網(wǎng)狀結構，為原子晶體，GaN晶體結構與單晶硅相似，GaN屬于原子晶體，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間構型為與但晶硅中Si的結構相似；
（3）根據(jù)GaN的構成微粒確定晶體類型；
（4）根據(jù)晶胞結構判斷存在的化學鍵；
（5）根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計算；a位置As原子與b位置Ga原子之間的距離為晶體體對角線的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）Ga原子是31號元素，根據(jù)構造原理寫出Ga原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；
（2）GaN晶體結構與單晶硅相似，GaN屬于原子晶體，每個Ga原子與4個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間構型為正四面體，
故答案為：4；正四面體；
（3）GaN晶體結構與單晶硅相似，GaN屬于原子晶體，故答案為：原子；
（4）碳原子可以形成4個碳碳單鍵，所以每個As應與4個Ga相連，金剛石中含有的化學鍵是共價鍵，所以該物質(zhì)中含有的化學鍵是極性鍵，單鍵為σ鍵，又因為砷原子還有1對孤對電子，而鎵原子有容納孤對電子的空軌道，所以還可以構成配位鍵，
故答案為：BEG；
（5）晶胞中Ga位于體內(nèi)，數(shù)目為4，As原子位于頂點和面心，數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則晶胞質(zhì)量為$\frac{4×（70+75）g/mol}{6.02×10{\;}^{23}mol{\;}^{-1}}$，晶胞體積為（564×10^-10cm）³³，則密度為$\frac{4×（70+75）}{6.02×10{\;}^{23}×（564×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$=5.37g/cm³；
a位置As原子與b位置Ga原子之間的距離為晶體體對角線的$\frac{1}{4}$，則距離為$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×564×10^-10cm=141$\sqrt{3}$，
故答案為：5.37；141$\sqrt{3}$．

點評 本題考查了物質(zhì)結構和性質(zhì)，明確物質(zhì)結構是解本題關鍵，結構決定性質(zhì)，知道電負性大小的判斷方法、電子式的書寫規(guī)則，難度不大．