Question

【题目】2019年1月3日上午，嫦娥四号探测器翩然落月，首次实现人类飞行器在月球背面的软着陆。所搭载的“玉兔二号”月球车，通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作。回答下列问题：

(1)基态Ga原子价电子排布式__________________，核外电子占据最高能级的电子云形状为_________；基态As原子最高能层上有_______个电子。

(2)镓失去电子的逐级电离能(单位：kJmol1)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，砷的第一电离能比镓_____(填“大”或“小”)。

(3)第四周期元素中，与基态As原子核外未成对电子数目相同的元素符号为__________。

(4)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃制得，(CH3)3Ga中Ga原子的杂化方式为______，AsH3分子的空间构型为____________。

(5)相同压强下，AsH3的沸点______NH3(填“大于”或“小于”)，原因为__________________

(6)GaAs为原子晶体，其晶胞结构如图所示，Ga与As以___________(填“共价键”或“离子键”)键合。设阿伏伽德罗常数的值为NA，该晶胞边长为a pm，则GaAs晶体的密度为_____gcm3(列出计算式即可)。

Answer 1

【答案】4s24p1 哑铃形(或纺锤形) 5 +1 大 V、Co sp2 三角锥形 小于 NH3与AsH3的结构相似，NH3分子间能形成氢键，沸点更高 共价键

【解析】

(1) Ga位于周期表中第4周期第ⅢA族，As位于周期表中第4周期第ⅤA族；

(2)根据电离能差值分析元素的化合价，电离能差值过大说明失去该电子较困难，同周期元素随着原子序数增大，电负性增强，同主族元素随着原子序数增大，电负性减小；

(3)基态As原子核外1s22s22p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3，核外未成对电子数目为3；

(4)利用价层电子对互斥模型判断原子杂化方式；As与N同主族位于第VA族其氢化物的结构与氨气相同；

(5) NH3分子间能形成氢键；

(6)GaAs为原子晶体，原子间以共价键结合；利用均摊法计算一个晶胞中含有的As、Ga原子数，通过计算晶胞体积、晶胞中As、Ga的总质量就可计算出密度。

(1)Ga为31号元素，核外有31个电子，基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，核外电子占据最高能级为4p，电子云形状为哑铃形；As元素的基态原子核外电子排布式1s22s22p63d104s24p3，最高能层上有5个电子；

(2)根据Ga失去电子的逐级电离能数值，第一电离能和第二电离能差值较大，且第三电离能和第四电离能数值差别较大，说明失去第二个电子和失去第四个电子较困难，所以呈现的价态是+1和+3；Ga、As是同一周期的元素，一般情况下，同一周期的元素，原子序数越大，元素的非金属性越强，其电负性越大，所以电负性As＞Ga；

(3)基态As原子核外1s22s22p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3，核外未成对电子数目为3，第四周期元素中，基态V原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，基态Co原子核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d74s2，以上两种元素核外未成对电子数目都为3；

(4)(CH3)3Ga中Ga形成3个σ键，没有孤电子对，所有Ga原子的杂化方式为sp2杂化；As与N同主族位于第VA族，其氢化物的结构与氨气相同，则AsH3分子的空间构型为三角锥形；

(4)N原子半径较小，电负性较大，对应的NH3分子间能形成氢键，沸点较高，而As电负性小，半径大，分子间不能形成氢键，沸点较低；

(6)GaAs为原子晶体，原子间以共价键结合，利用均摊法计算一个晶胞中含有的As、Ga原子数，As:8×18+6×12=4，Ga:4×1=4，即一个晶胞中含有4个GaAs；晶胞的质量m=g，晶胞的体积V=(apm)3=(a×10-10cm)3=a3×10-30cm3，则晶胞的密度===。