Question

【题目】磷和砷的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：

（1）红磷是巨型共价分子，无定型结构，下列方法能证明红磷是非晶体的是_____。

A．质谱法 B．原子发射光谱法 C．核磁共振谱法 D．X射线行射法

（2）基态As原子的核外电子排布式为_____，As原子的逐级电离能数据如下：

第一电离能	第二电离能	第三电离能	第四电离能	第五电离能	第六电离能
947.0	1798	2735	4837	6043	12310

为什么第五电离能与第六电离能相差较大_____。

（3）黑磷是新型二维半导体材料，具有片层结构（如下图所示），P原子的杂化形式为_____，层与层之间的相互作用为_____。

（4）GaAs的熔点为1238℃，且熔融状态不导电，其晶胞结构如下图所示，该晶体的类型为_____，每个As原子周围最近的As原子数目为_____，与同一个Ga原子距离最近的As原子构成的空间构型为_____，一个GaAs晶胞中配位键的数目为_____。

（5）已知GaAs的密度为dg/cm3，摩尔质量为Mg/mol，阿伏加德罗常数用NA表示，则晶胞中最近的As和Ga原子核间距为_____ nm（列式表示）。

Answer 1

【答案】D [Ar]3d104s24p3 As原子最外层有五个电子，失去的第六个电子来自全满的次外层，所需能量较高 sp3 范德华力 原子晶体 12 正四面体 4 ×107

【解析】

(1)判断晶体、非晶体最科学的方法是X-射线衍射实验；

(2)基态As原子核外有33个电子，根据构造原理书写基态As原子的核外电子排布式；As的第五电离能与第六电离能相差显著，As失去5个电子后电子排布为[Ar]3d10，此时3d为全满，较稳定；

(3)黑磷中P原子的价层电子对数是4且含有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断P原子杂化形式，层与层之间的相互作用为范德华力；

(4)根据GaAs的熔点和熔融状态不导电分析判断晶体的类型；根据晶胞结构图，As原子位于晶胞的顶点和面心，判断每个As原子周围最近的As原子数目；Ga原子最外层有3个电子，As原子最外层有5个电子，该晶胞中每个Ga原子和4个As原子形成化学键，其中一个为配位键，据此判断一个CaAs晶胞中配位键的数目；

(5)根据均摊法计算该晶胞中As和Ga的原子个数是4，再结合晶胞中最近的As和Ga原子核间距等于晶胞体对角线长度的计算。

(1)判断晶体、非晶体最科学的方法是X-射线衍射实验，所以能证明红磷是非晶体的是X-射线衍射实验，故选D；

(2)基态As原子核外有33个电子，根据构造原理，基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3；As的第五电离能与第六电离能相差显著，是因为As失去5个电子后电子排布为[Ar]3d10，此时3d为全满，较稳定，此时再失去一个电子较困难，所以第五电离能与第六电离能相差显著，故答案为：[Ar]3d104s24p3；As原子最外层有五个电子，失去的第六个电子来自全满的次外层，所需能量较高；

(3)黑磷中P原子的价层电子对数是4且含有一对孤电子对，根据价层电子对互斥理论，P原子杂化形式为sp3，层与层之间的相互作用为范德华力，故答案为：sp3；范德华力；

(4)GaAs的熔点为1238℃，且熔融状态不导电，符合原子晶体的特征，GaAs为原子晶体；根据晶胞结构图，As原子位于晶胞的顶点和面心，每个As原子周围最近的As原子数目为12个；与同一个Ga原子距离最近的4个As原子构成正四面体；Ga原子最外层有3个电子，As原子最外层有5个电子，该晶胞中每个Ga原子和4个As原子形成化学键，其中一个为配位键，Ga原子位于晶胞内部，Ga原子个数是4，则一个CaAs晶胞中配位键的数目为4，故答案为：原子晶体；12；正四面体；4；

(5)该晶胞中As原子位于晶胞的顶点和面心，As原子个数=8×+6×=4、Ga原子位于晶胞内部，Ga原子个数是4，晶胞的质量=g，则晶胞棱长=cm=×107 nm。晶胞中最近的As和Ga原子核间距等于晶胞体对角线长度的，晶胞中最近的As和Ga原子核间距=×××107 nm=××107n，故答案为：××107。