Question

【题目】以氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)为代表的第三代半导体材料目前已成为全球半导体研究的前沿和热点，如砷化镓灯泡寿命是普通灯泡的100倍，而耗能即为10%，推广砷化镓等发光二极管（LED）照明，是节能减排的有效举措。请回答下列问题：

(1)基态镓原子的价电子排布式为___。

(2)镓失去电子的逐级电离能(单位：kJ·mol-1)的数值依次为577、1985、2962、6192，由此可推知镓的主要化合价为__和+3。砷的电负性比镓__(填“大”或“小”)。

(3)比较下列镓的卤化物的熔点和沸点，GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸点依次升高，分析其变化原因：__。

镓的卤化物	GaCl3	GaBr3	GaI3
熔点/℃	77.75	122.3	211.5
沸点/℃	201.2	279	346

GaF3的熔点超过1000℃，可能的原因是__。

(4)①砷化镓是将(CH3)3Ga和AsH3用MOCVD(金属有机物化学气相淀积)方法制备得到的，该反应在700℃进行，反应的方程式为：___。

②反应物AsH3分子的几何构型为__，(CH3)3Ga中镓原子杂化方式为__。

(5)砷化镓熔点为1238℃，立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为a=565pm，As的配位数为__，晶体的密度为__(设NA为阿伏加德罗常数的数值，列出算式即可)g·cm-3。

Answer 1

【答案】4s24p1 +1 大 GaCl3、GaBr3、GaI3均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强 GaF3为离子晶体 (CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角锥形 sp2 4

【解析】

(1)基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，则其价电子排布式为4s24p1。答案为：4s24p1；

(2)镓的第一电离能比第二电离能要小得多，由此可推知镓的主要化合价为+1价。砷的价电子排布式为4s24p3，镓的价电子排布式为4s24p1，则二者同周期且砷在镓的右边，电负性砷大。答案为：大；

(3)镓的卤化物的熔点都比较低，则应形成分子晶体，GaCl3、GaBr3、GaI3的沸点依次升高，其变化原因是GaCl3、GaBr3、GaI3均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强。答案为：GaCl3、GaBr3、GaI3均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强；

GaF3的相对分子质量最小，但其熔点超过1000℃，则不适合用分子晶体解释，可能的原因是GaF3为离子晶体。答案为：GaF3为离子晶体；

(4)①在700℃时，(CH3)3Ga和AsH3反应，生成GaAs等，反应的方程式为(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4。答案为：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②反应物AsH3分子的几何构型与NH3类似，则为三角锥形，(CH3)3Ga中镓原子的价层电子对数为3，且无孤对电子，由此可得出杂化方式为sp2。答案为：三角锥形；sp2；

(5)从晶胞结构图中可以看出，As周围有4个Ga原子，则配位数为4。1个晶胞中含有4个GaAs，由此可求出1个晶胞的质量，再由晶胞参数，即可求出晶胞的体积，从而求出晶体的密度为= g·cm-3。

答案为：4；。