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）镓为元素周期表第31号元素，基态镓原子的电子排布式为__________________，核外电子占据最高能层符号为________。

（2）氮化镓与金刚石具有相似的晶体结构，氮化镓中氮原子与镓原子之间以_______键相结合，氮化镓属于_______晶体。

（3）下列说法正确的是________

A．第一电离能：As < Ga B．砷和镓都属于p区元素

C．电负性：As < Ga　 D．半导体GaP、SiC与砷化镓为等电子体

（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）实验测得AsH3沸点比NH3低，其原因是：___________________________。

（6）下图是氮化镓的晶胞模型，氮化镓为立方晶胞，氮化镓的密度为d g/cm3。列式计算氮化镓晶胞边长a的表达式：a=______cm。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 N 共价 原子 BD （CH3）3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角锥形或型 sp2 NH3分子间能形成氢键，而As电负性小，半径大，分子间不能形成氢键。

【解析】(1)镓为元素周期表第31号元素，基态镓原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，核外电子占据最高能层符号为N，故答案为：1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1；N；

(2)金刚石是原子晶体，氮化镓与金刚石具有相似的晶体结构，氮化镓中氮原子与镓原子之间以共价键相结合，氮化镓也属于原子晶体，故答案为：共价；原子；

(3)A．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A错误；B．砷和镓的价层电子都为sp电子，位于周期表p区，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错误；D．GaP的价层电子为3+5=8，SiC的价层电子为4+4=8，GaAs价层电子数为3+5=8，则为等电子体，故D正确；故答案为：BD；

(4)①反应为(CH3)3Ga和AsH3，生成为GaAs，根据质量守恒可知还应有和CH4，反应的化学方程式为：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4，故答案为：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②AsH3中含有3个δ键和1个孤电子对，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；sp2；

(5)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，故答案为：NH3分子间能形成氢键，而As电负性小，半径大，分子间不能形成氢键；

(6)GaN晶胞中，Ga位于顶点和体心，所以含有Ga数为：8×+1=2，N原子位于棱和体心，所以N数为：4×+1=2，GaN晶胞中含有两个GaN，晶胞边长为==，故答案为：。