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1 000 ℃，GaCl₃的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________。

(5)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm^－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。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，阿伏加德罗常数值为N_A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________。

Answer

[Ar]3d104s24p3 大于 小于 三角锥形 sp3 GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 原子晶体 共价 ×100%

【解析】试题分析: （1）As为ⅤA族33号元素，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p3；   
（2）同一周期，原子序数越小半径越大，同周期第一电离能从左到右，逐渐增大；   
（3）AsCl3中价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+1 =4，所以原子杂化方式是sp3，由于有一对孤对电子对，分子空间构型为三角锥形；   
（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高；   
（5）GaAs的熔点为1238℃，熔点较高，以共价键结合形成属于原子晶体，密度为ρ g cm﹣3，根据均摊法计算，As： ，Ga：4×1=4，rGapm和rAspm，故其晶胞中原子所占的体积V1= ×10﹣30，1个晶胞的体积V2= ，将V1、V2带入计算 GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率。

解析：根据以上分析，（1）As为ⅤA族33号元素，电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p3；   
（2）根据元素周期律，Ga与As位于同一周期，Ga原子序数小于As，故半径Ga大于As，同周期第一电离能从左到右，逐渐增大，故第一电离能Ga小于As；

   （3）AsCl3中价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数=3+1 =4，所以原子杂化方式是sp3，由于有一对孤对电子对，分子空间构型为三角锥形；   
（4）GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体，离子晶体的熔点高；   

（5）GaAs的熔点为1238℃，熔点较高，以共价键结合形成属于原子晶体，密度为ρ gcm﹣3，根据均摊法计算，As： ，Ga：4×1=4，故其晶胞中原子所占的体积V1= ×10﹣30，晶胞的体积V2= ，故GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 将V1、V2带入计算得百分率= ×100%=。