Question

18．砷化鎵為第三代半導(dǎo)體，以其為材料制造的燈泡壽命長(zhǎng)，耗能少．已知砷化鎵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示．請(qǐng)回答下列問題：
（1）下列說法正確的是BC（填序號(hào)）
A．砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl相同B．第一電離能 As＞Ga
C．電負(fù)性 As＞Ga             D．原子半徑 As＞Ga
（2）砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應(yīng)制得，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs．
（3）AsH₃空間構(gòu)型為三角錐形；已知（CH₃）₃Ga為非極性分子，則其中鎵原子的雜化方式是sp²．
（4）砷化鎵晶體中最近的砷和鎵原子核間距為a cm，砷化鎵的摩爾質(zhì)量為b g•mol^-1，阿伏伽德羅常數(shù)值為N_A，則砷化鎵晶體密度的表達(dá)式為$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$ g•cm^-3．!

Answer 1

分析 （1）A．對(duì)比GaAs與NaCl中陰陽離子在晶胞中的分布可判斷晶胞結(jié)構(gòu)是否一樣；
B．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大；
C．同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大；
D．同周期自左而右原子半徑減�。�
（2）根據(jù)反應(yīng)物、生成物結(jié)合反應(yīng)條件可書寫化學(xué)方程式；
（3）利用價(jià)層電子對(duì)互斥模型判斷分子的空間構(gòu)型和雜化方式；
（4）先根據(jù)直角三角形計(jì)算正四面體的邊長(zhǎng)，確定晶胞的邊長(zhǎng)，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

解答 解：（1）A．GaAs晶體中As分布于晶胞體心，Ga分布于頂點(diǎn)和面心，而NaCl中陰陽離子分別位于晶胞的頂點(diǎn)、面心以及棱和體心，二者結(jié)構(gòu)不同，故A錯(cuò)誤；
B．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大，則第一電離能：As＞Ga，故B正確；
C．同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大，則電負(fù)性：As＞Ga，故C正確；
D．同周期自左而右原子半徑減小，故原子半徑As＜Ga，故D錯(cuò)誤，
故答案為：BC；
（2）反應(yīng)為（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成為GaAs，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有CH₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\frac{\underline{\;700℃\;}}{\;}$3CH₄+GaAs；
（3）AsH₃中心原子As電子對(duì)數(shù)=3+$\frac{5-1×3}{2}$=4，為sp³雜化，有一對(duì)孤電子對(duì)，故分子空間構(gòu)型為三角錐形，（CH₃）₃Ga中Ga形成3個(gè)δ鍵，沒有孤電子對(duì)，為sp²雜化，
故答案為：三角錐形；sp²；
（4）在砷化鎵晶胞中，含有Ga=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，含有As=4，因此每個(gè)晶胞中含有4個(gè)GaAs．在砷化鎵晶體中最近的砷和鎵原子核間距為a cm，由于As處于與它相連的四個(gè)Ga構(gòu)成的四面體的幾何中心．距離最近且相等的As原子之間的距離為L(zhǎng)．則a=$\frac{\sqrt{6}}{4}$L，L=$\frac{4a}{\sqrt{6}}$．最近的兩個(gè)As在晶胞面對(duì)角線的$\frac{1}{2}$處．設(shè)該晶胞的長(zhǎng)度是x，則$\frac{\sqrt{2}}{2}$；解得x=$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，則砷化鎵晶體密度的表達(dá)式為ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×\frac{{N}_{A}}}{（\frac{4a}{\sqrt{3}}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，
故答案為：$\frac{3\sqrt{3}b}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 考查學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊的掌握情況，重點(diǎn)考查結(jié)構(gòu)知識(shí)，涉及電離能、電負(fù)性、原子半徑、空間結(jié)構(gòu)、雜化軌道、化學(xué)式、金屬晶體電子氣理論，考查知識(shí)全面、覆蓋廣，難度適中，可以衡量學(xué)生對(duì)該模塊主干知識(shí)的掌握情況．