Question

【題目】金屬鎵有“電子工業脊梁”的美譽，鎵及其化合物應用廣泛。

(1)基態Ga原子中有_____種能量不同的電子，其價電子排布式為_________。

(2)第四周期的主族元素中，基態原子未成對電子數與鎵相同的元素有_______(填元素符號)。

(3)三甲基鎵[(CH3)3Ga]是制備有機鎵化合物的中間體。

①在700℃時，(CH3)3Ga和AsH3反應得到GaAs，化學方程式為____________________。

②(CH3)3Ga中Ga原子的雜化方式為__________；AsH3的空間構型是________________。

(4)GaF3的熔點為1000℃，GaC13的熔點為77.9℃，其原因是_______________________。

(5)砷化鎵是半導體材料，其晶胞結構如圖所示。

①晶胞中與Ga原子等距離且最近的As原子形成的空間構型為_______。

②原子坐標參數是晶胞的基本要素之一，表示晶胞內部各原子的相對位置。圖中a(0，0，0)、b(1，)，則c原子的坐標參數為______________。

③砷化鎵的摩爾質量為M g·mol-1，Ga的原子半徑為p nm，則晶體的密度為____g·cm-3。

Answer 1

【答案】8 4s24p1 K、Br (CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4 sp2 三角錐形 GaF3是離子晶體，GaCl3是分子晶體 正四面體 （，，）

【解析】

(1)基態Ga原子核外有31個電子，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，不同的原子軌道能量不同；

(2)基態Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，未成對電子數是1，第四周期的主族元素中，基態原子未成對電子數也是1的，其電子排布式應為1s22s22p63s23p64s1或1s22s22p63s23p63d104s1；

(3)①在700℃時，(CH3)3Ga和AsH3反應得到GaAs，根據質量守恒可知還應有CH4，結合原子守恒可寫出反應的化學方程式為；

②利用價層電子對互斥模型判斷分子的空間構型和雜化方式；

(4)GaF3的熔點為1000℃，GaC13的熔點為77.9℃，兩者熔點差異較大，是由于其中一種為離子晶體，一種為分子晶體；

(5)①在GaAs晶體中，距離每個Ga原子最近的As原子有4個；

②晶胞中距離a球最遠的黑球c與a球的連線處于晶胞體對角線上，根據幾何原理二者距離等于體對角線長度的，該黑色球c距離各坐標平面距離均為晶胞棱長的；

③晶胞中含Ga原子數為8+=4，As原子數目為4，則晶胞中含有GaAs的數目為4，晶胞的質量為g；根據晶胞的結構可知，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，則晶胞邊長a=×10-7cm，晶胞的體積為a3=×10-21cm3，由此計算晶胞的密度。

(1)Ga元素在周期表中的位置為第四周期第IIIA族，其核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s24p1，其中不同的原子軌道能量不同，電子排布在不同原子軌道上，電子的能量也是不同的，因此共有8種不同能量的電子，其價電子排布式為：4s24p1；

(2)基態Ga原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，未成對電子數是1，第四周期的主族元素中，基態原子未成對電子數也是1的，其電子排布式應為1s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p63d104s24p5，其中核電荷數19為鉀元素，元素符號為K；核電荷數35為溴元素，元素符號為Br；

(3)①在700℃時，(CH3)3Ga和AsH3反應得到GaAs和CH4，發生反應的化學方程式為(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②，（CH3）3Ga中Ga形成3個δ鍵，沒有孤電子對，為sp2雜化；AsH3中心原子As電子對數=3+=4，為sp3雜化，有一對孤電子對，故分子空間構型為三角錐形；

(4)GaF3屬于離子晶體，GaCl3屬于分子晶體，兩者熔點相差較大；

(5)①由晶胞結構示意圖可知，砷化鎵的晶胞與金剛石的晶胞相似，兩種原子的配位數均為4，即Ga原子周圍與之距離最近且距離相等的As原子有4個，形成正四面體結構，Ga處于正四面體的中心；

②晶胞中距離a球最遠的黑球c與a球的連線處于晶胞體對角線上，根據幾何原理二者距離等于體對角線長度的，該黑色球c距離各坐標平面距離均為晶胞棱長的，由坐標參數可知晶胞棱長為1，故該黑色球c到各坐標平面的距離均為，故該黑色球的坐標參數為 （，，）；

③晶胞中含Ga原子數為8+=4，As原子數目為4，則晶胞中含有GaAs的數目為4，晶胞的質量為g；根據晶胞的結構可知，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，則晶胞邊長a=×10-7cm，晶胞的體積為a3=×10-21cm3，故晶胞的密度=g·cm-3=g·cm-3。