Question

上海世博会场馆，大量的照明材料或屏幕都使用了发光二极管(LED)。目前市售LED铝片，材质基本以GaAs(砷化镓)、AlGaInP(磷化铝镓铟)、InGaN(氮化铟镓)为主。已知镓是铝同族下一周期的元素。砷化镓的晶胞结构如图。试回答：

(1)镓的基态原子的价电子排布式是_____________。

(2)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为________，与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为_________。

(3)N、P、As处于同一主族，其氢化物沸点由高到低的顺序是______(用氢化物分子式表示)。

(4)砷化镓可由(CH₃)₃Ga和AsH₃在700 ℃时制得，(CH₃)₃Ga中镓原子的杂化方式为_______，GaAs的熔点为1238 ℃，该晶体的类型为_________。

(5)比较二者的第一电离能：As________Ga(填“＜”“＞”或“＝”)。

(6)下列说法正确的是________(填字母)。

A. 砷化镓晶胞结构与NaCl相同    B. GaP与GaAs互为等电子体

C. 电负性：As＞Ga               D. 砷化镓晶体中含有配位键

(7)砷化镓的晶胞结构如上图所示，密度为ρ g·cm^-3，相对分子质量为M，其晶胞中Ga原子与As原子最近距离是_________nm。

Answer

4s24p1 4 正四面体 NH3＞AsH3＞PH3 sp2 原子晶体 ＞ B C D

【解析】

(1)镓位于周期表中第四周期ⅢA族，故其基态原子的价电子排布式是4s24p1；

(2)根据“均摊法”可得，砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为，由晶胞图可知与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为正四面体；

(3)由于NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点最高，由于AsH3的相对分子质量大于PH3，故AsH3的沸点高于PH3，则N、P、As的氢化物沸点由高到低的顺序是NH3＞AsH3＞PH3；

(4)由于Ga原子周围有3对成键电子对，无孤电子对，则价层电子对数为3，故其杂化方式为sp2杂化；GaAs的熔点为1238 ℃，熔点高，则该晶体的类型为原子晶体；

(5)同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第VA族元素第一电离能大于相邻元素，Ga属于第IIIA族、As属于第VA族，所以As的第一电离能比Ga的大；

(6)A. NaCl晶体中阴阳离子的配位数为6，而砷化镓晶胞中阴阳离子的配位数为4，二者晶体结构不同，故A错误；

B. 根据等电子体的概念可知二者价电子总数相等，属于等电子体，故B正确；

C. 周期表同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大，则电负性：As>Ga，故C正确；

D. 由于Ga原子最外层只有3个电子，而每个Ga原子与4个As原子成键，因此其中一个共价键必为配位键，故D正确；故选：BCD。

(7)在砷化镓晶胞中，As原子个数＝，Ga原子个数也是4，因此每个晶胞中含有4个GaAs，则晶胞的边长为，由于Ga处于与它相连的四个As构成的正四面体的几何中心，则最近的砷和镓原子核间距为晶胞体对角线的，故晶胞中Ga原子与As原子最近距离是。