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(zhì)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的空間構(gòu)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(jié)構(gòu)與NaCl相同             B．電負(fù)性：As＞Ga
C．GaP與GaAs晶體類型相同，則前者熔點(diǎn)高   D．砷化鎵晶體中含有配位鍵
（4）已知砷化鎵的摩爾質(zhì)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(diǎn)：晶胞的計算,原子核外電子排布,判斷簡單分子或離子的構(gòu)型

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)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(fù)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(diǎn)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(zhì)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(jìn)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(gòu)成的空間構(gòu)型為正四面體，與頂點(diǎn)砷原子緊鄰的等距砷原子分布在晶胞的面心上，一個頂點(diǎn)連有12個面，所以與頂點(diǎn)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(fù)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(diǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)可知，晶胞的面對角線長度應(yīng)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(diǎn)評：本題考查了均攤法計算、晶體的結(jié)構(gòu)、晶胞的計算等知識，中等難度，解題的難點(diǎn)在（4）中晶胞看作是由原子的實(shí)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(guān)系．