Question

砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式________________。

（2）根据元素周期律，原子半径Ga____As，第一电离能Ga______As。（填“大于”或“小于”）

（3）AsCl₃分子的立体构型为____________ ，其中As的杂化轨道类型为_________。

（4）GaF₃的熔点高于1000℃，GaCl₃的熔点为77.9℃，其原因是_________。

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm^-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________,

Ga与As以________键合。Ga和As的摩尔质量分别为M_Ga g·mol^-1 和M_As g·mol^-1，原子半径分别为r_Ga pm和r_As pm，阿伏伽德罗常数值为N_A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为__________。

Answer

1s22s22p63s23p63d104s24p3 大于 小于 三角锥形 sp3 GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高； 原子晶体 共价键

【解析】（1）As是33号元素，基态As原子的核外电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p3。

（2）31号Ga和33号As都是第4周期的主族元素，同一周期元素原子半径从左到右逐渐减小，原子半径Ga大于As；同一周期元素的第一电离能呈逐渐增大的趋势，更有As的4p轨道是半充满状态，所以第一电离能Ga小于As。

（3）AsCl3分子的价层电子对数为4，中心原子为sp3杂化，但是只形成3个σ键，所以其立体构型为三角锥形。

（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高。

（5）GaAs与晶体Si是等电子体，其晶胞与晶体Si及金刚石相似，熔点为1238℃很高，所以其为原子晶体, Ga与As以共价键键合。该晶体的密度为ρg·cm-3， Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1 和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA。每个晶胞中有4个Ga原子和4个AS原子，则1mol该晶胞的质量为，1mol该晶胞的体积V=== 。1mol该晶胞中含4molGaAs，4molGa原子和4molAs原子的总体积为，所以晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率

为。

点睛：判断微粒的空间构型的方法一般有3种：1.可以先计算中心原子的价电子对数，判断微粒的价层电子对互斥模型，再根据微粒中的σ键的数目判断微粒的实际空间构型；2.可以根据中心原子的杂化类型判断微粒的空间构型；3.根据微粒的常见的等电子体判断微粒的空间构型。

计算原子的空间利用率时，把晶胞中原子按球体算出晶胞中所有原子的体积，然后除以晶胞的体积即可。通常用放大法，按1摩尔晶胞计算。