Question

【題目】2019年1月3日上午，嫦娥四號(hào)探測器翩然落月，首次實(shí)現(xiàn)人類飛行器在月球背面的軟著陸。所搭載的“玉兔二號(hào)”月球車，通過砷化鎵(GaAs)太陽能電池提供能量進(jìn)行工作。回答下列問題：

(1)基態(tài)As原子的價(jià)電子排布圖為____________，基態(tài)Ga原子核外有________個(gè)未成對(duì)電子。

(2)鎵失去電子的逐級(jí)電離能(單位：kJmol-1)的數(shù)值依次為577、1985、2962、6192，由此可推知鎵的主要化合價(jià)為____和+3，砷的電負(fù)性比鎵____(填“大”或“小”)。

(3)1918年美國人通過反應(yīng)：HC≡CH+AsCl3CHCl=CHAsCl2制造出路易斯毒氣。在HC≡CH分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為________；AsCl3分子的空間構(gòu)型為___________。

(4)砷化鎵可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃制得，(CH3)3Ga中碳原子的雜化方式為_______

(5)GaAs為原子晶體，密度為ρgcm-3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示， Ga與As以_______鍵鍵合。Ga和As的原子半徑分別為a pm和b pm，設(shè)阿伏伽德羅常數(shù)的值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_______________(列出計(jì)算式，可不化簡)。

Answer 1

【答案】） 1 +1 大 3:2 三角錐形 sp3 共價(jià) ×100%

【解析】

(1)As為33號(hào)元素，基態(tài)As原子的核外價(jià)電子為其4s能級(jí)上2個(gè)電子、4p能級(jí)上3個(gè)電子，基態(tài)Ga原子核外4p能級(jí)上有1個(gè)電子；

(2)根據(jù)電離能知，失去1個(gè)或3個(gè)電子時(shí)電離能發(fā)生突變，由此可推知鎵的主要化合價(jià)，同一周期元素電負(fù)性隨著原子序數(shù)增大而增大；

(3)共價(jià)單鍵為σ鍵、共價(jià)三鍵中含有一個(gè)σ鍵、兩個(gè)π鍵；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)計(jì)算結(jié)合價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷空間構(gòu)型；

(4)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷C原子雜化類型；

(5)根據(jù)GaAs為原子晶體判斷Ga和As原子之間的作用力；根據(jù)均攤法計(jì)算該晶胞中Ga、As原子個(gè)數(shù)，計(jì)算晶胞的質(zhì)量和體積，再根據(jù)晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率=×100%計(jì)算。

(1)基態(tài)As原子的核外價(jià)電子為其4s能級(jí)上2個(gè)電子、4p能級(jí)上3個(gè)電子，所以其價(jià)電子排布式為，基態(tài)Ga原子核外4p能級(jí)上有1個(gè)電子，則Ga未成對(duì)電子數(shù)是1，故答案為：；1；

(2)根據(jù)鎵失去電子的逐級(jí)電離能知，失去1個(gè)或3個(gè)電子電離能突變，由此可推知鎵的主要化合價(jià)為+1和+3，同一周期元素電負(fù)性隨著原子序數(shù)增大而增大，二者位于同一周期且原子序數(shù)Ga＜As，則電負(fù)性As比Ga大，故答案為：+1；大；

(3)共價(jià)單鍵為σ鍵、共價(jià)三鍵中含有一個(gè)σ鍵、兩個(gè)π鍵，因此乙炔分子中含有3個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵，則σ鍵、π鍵個(gè)數(shù)之比為3∶2；AsCl3分子中As原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=3+=4，含有一個(gè)孤電子對(duì)，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷空間構(gòu)型為三角錐形，故答案為：3∶2；三角錐形；

(4)(CH3)3Ga中碳原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷C原子雜化類型為sp3，故答案為：sp3；

(5)GaAs為原子晶體，Ga和As原子之間以共價(jià)鍵鍵合；該晶胞中Ga原子個(gè)數(shù)是4、As原子個(gè)數(shù)=8×+6×=4，所以其化學(xué)式為GaAs，該晶胞體積==cm3，該晶胞中所有原子體積=4×π[(a×10-10)3+(b×10-10)3]cm3=4×π×10-30×(a3+b3)cm3，GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率=×100%= ×100%，故答案為：共價(jià)； ×100%。