Question

18．砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长，耗能少．已知砷化镓的晶胞结构如图所示．请回答下列问题：
（1）下列说法正确的是BC（填序号）
A．砷化镓晶胞结构与NaCl相同B．第一电离能 As＞Ga
C．电负性 As＞Ga             D．原子半径 As＞Ga
（2）砷化镓可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反应制得，该反应的化学方程式为（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs．
（3）AsH₃空间构型为三角锥形；已知（CH₃）₃Ga为非极性分子，则其中镓原子的杂化方式是sp²．
（4）砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为a cm，砷化镓的摩尔质量为b g•mol^-1，阿伏伽德罗常数值为N_A，则砷化镓晶体密度的表达式为$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$ g•cm^-3．!

Answer 1

分析 （1）A．对比GaAs与NaCl中阴阳离子在晶胞中的分布可判断晶胞结构是否一样；
B．同周期元素从左到右第一电离能逐渐增大；
C．同周期元素从左到右电负性逐渐增大；
D．同周期自左而右原子半径减小；
（2）根据反应物、生成物结合反应条件可书写化学方程式；
（3）利用价层电子对互斥模型判断分子的空间构型和杂化方式；
（4）先根据直角三角形计算正四面体的边长，确定晶胞的边长，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）A．GaAs晶体中As分布于晶胞体心，Ga分布于顶点和面心，而NaCl中阴阳离子分别位于晶胞的顶点、面心以及棱和体心，二者结构不同，故A错误；
B．同周期元素从左到右第一电离能逐渐增大，则第一电离能：As＞Ga，故B正确；
C．同周期元素从左到右电负性逐渐增大，则电负性：As＞Ga，故C正确；
D．同周期自左而右原子半径减小，故原子半径As＜Ga，故D错误，
故答案为：BC；
（2）反应为（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成为GaAs，根据质量守恒可知还应有CH₄，反应的化学方程式为（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs，
故答案为：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs；
（3）AsH₃中心原子As电子对数=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，为sp³杂化，有一对孤电子对，故分子空间构型为三角锥形，（CH₃）₃Ga中Ga形成3个δ键，没有孤电子对，为sp²杂化，
故答案为：三角锥形；sp²；
（4）在砷化镓晶胞中，含有Ga=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，含有As=4，因此每个晶胞中含有4个GaAs．在砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为a cm，由于As处于与它相连的四个Ga构成的四面体的几何中心．距离最近且相等的As原子之间的距离为L．则a=$\frac{\sqrt{6}}{4}$L，L=$\frac{4a}{\sqrt{6}}$．最近的两个As在晶胞面对角线的$\frac{1}{2}$处．设该晶胞的长度是x，则$\frac{\sqrt{2}}{2}$；解得x=$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，则砷化镓晶体密度的表达式为ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×\frac{b}{{N}_{A}}}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，
故答案为：$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 考查学生对物质结构与性质模块的掌握情况，重点考查结构知识，涉及电离能、电负性、原子半径、空间结构、杂化轨道、化学式、金属晶体电子气理论，考查知识全面、覆盖广，难度适中，可以衡量学生对该模块主干知识的掌握情况．