Question

【题目】今年是俄罗斯化学家门捷列夫提出“元素周期律”150周年。门捷列夫为好几种当时尚未发现的元素(如“类铝”“类硅”和“类硼”)留下了空位。而法国科学家在1875年研究闪锌矿(ZnS)时发现的“镓”，正是门捷列夫预言的“类铝”，其性质也是和预言中的惊人相似。请回答下列问题：

（1）①基态镓原子中，核外存在__________对自旋相反的电子，核外电子占据的最高能级的电子云轮廓图为__________形；门捷列夫预言的“类硼”就是现在的钪，“类硅”即是现在的锗。在镓、钪、锗三种元素的原子中，未成对电子数最多的是_________ (填元素符号)。

②下列说法中，最有可能正确的一项是_________(填字母代号)。

A 类铝在100℃时蒸气压很高 B 类铝的氧化物一定不能溶于强碱溶液

C 类铝一定不能与沸水反应 D 类铝能生成类似明矾的矾类

（2）氯化镓晶体熔点为77.9℃。氯化镓分子中镓的杂化方式为_______，空间构型为_______；写出与氯化镓互为等电子的的分子、离子各一种：_______、_______。

（3）GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，GaN、GaP、GaAs晶体的熔点如下表所示，分析其变化原因：__________________。

	GaN	GaP	GaAs
熔点	1700℃	1480℃	1238℃

（4）2011年，我国将镓列为战略储备金属，我国的镓储量约占世界储量的80％以上。砷化镓也是半导体材料，其结构与硫化锌类似，其晶胞结构如下图所示：

①原子坐标参数是晶胞的基本要素之一，表示晶胞内部各原子的相对位置。图中A(0，0，0)、B()、C(1，，)，则此晶胞中，距离A球最远的黑球的坐标参数为______________。

②若砷和镓的原子半径分别为a cm和b cm，砷化镓的摩尔质量为M g/mol，密度为g/cm3，晶胞中原子体积占空间体积百分率(即原子体积的空间占有率)为_________ (用含a、b、M、、NA的代数式表示，NA表示阿伏加德罗常数的值)。

Answer 1

【答案】15 纺锤 Ge D sp2 平面正三角形 BCl3（或BF3） NO3-(或CO32-)（其他答案合理也可给分） GaN、GaP、GaAs都是原子晶体，原子半径N<P<As，键长Ga—N<Ga—P<Ga—As，键能Ga—N>Ga—P>Ga—As，故熔点依次降低 ( , , )

【解析】

（1）①根据同一轨道的2两个电子自旋方向相反判断。镓的最高能级为4p，p轨道电子云轮廓图为纺锤形，通过电子排布式判断未成对电子数目；

②“类铝”性质和铝相似；

（2）可结合孤对电子、价层电子对数来判断杂化方式与空间构型。等电子体是指价电子总数和原子总数相同的分子、离子或原子团；

（3）晶体硅是原子晶体，则GaN、GaP、GaAs都是原子晶体，原子半径越小，键能越大，熔点越高；

（4）①晶胞中距离A球最远的黑球与A球的连线处于晶胞体对角线上，根据几何原理，二者距离等于体对角线长度的；

②晶胞中原子体积占空间体积百分率=。

（1）①镓是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，由泡利原理可知，基态镓原子中，核外存在15对自旋相反的电子。核外电子占据的最高能级为4p，电子云轮廓图为纺锤形。镓中有一个未成对电子，钪原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d14s2，钪中有一个未成对电子，锗原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2，锗中有两个未成对电子，在镓、钪、锗三种元素的原子中，未成对电子数最多的是Ge；

②A. 固体的蒸气压一般比较小，类铝在100℃时蒸气压应该不是很高，故A错误；

B. 氧化铝溶于碱，类铝的氧化物也可以溶于强碱，故B错误；

C.类铝的金属性比Al强，Al能与沸水反应，类铝与沸水反应，故C错误；

D. 类铝与铝的结构相似，能生成类似明矾的矾类，故D正确，

答案选D；

（2）氯化镓分子中镓没有孤电子对，价层电子对数为3，中心原子杂化方式为sp2，空间构型为平面正三角形。等电子体是指价电子总数和原子总数相同的分子、离子或原子团，与氯化镓互为等电子的的分子、离子有BCl3（或BF3）、NO3-(或CO32-)；

（3）晶体硅是原子晶体，则GaN、GaP、GaAs都是原子晶体。由表可知，GaN、GaP、GaAs晶体的熔点依次减小，因为GaN、GaP、GaAs都是原子晶体，原子半径N<P<As，键长Ga—N<Ga—P<Ga—As，键能Ga—N>Ga—P>Ga—As，故熔点依次降低；

（4）①晶胞中距离A球最远的黑球与A球的连线处于晶胞体对角线上，根据几何原理，二者距离等于体对角线长度的，该黑色球距离各坐标平面距离均为晶胞棱长的，由坐标参数可知晶胞棱长为1，故该黑色球到各坐标平面的距离均为，故该黑色球的坐标参数为( , , )；

②设阿伏加德罗常数为，晶胞中Ga原子数目，As原子数目，晶胞相当于有4个“GaAs”，晶胞质量，晶胞中Ga、As原子总体积，则晶胞的体积为cm3，晶胞中原子体积占空间体积百分率(即原子体积的空间占有率)为。