Question

15．ⅢA族的硼、鋁、鎵、銦、鉈等元素在化合物中通常表現(xiàn)出+3價(jià)，含ⅢA族元素的化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途．請(qǐng)回答下列問(wèn)題．
（1）基態(tài)B原子核外電子排布式1s²2s²2p¹，在BF₃分子中中心原子B的軌道雜化方
式sp²雜化．
（2）氯化鋁（AlCl₃）為無(wú)色透明晶體或白色而微帶淺黃色的結(jié)晶性粉末，密度2.44g/cm³，熔點(diǎn)190℃（2.5大氣壓），沸點(diǎn)182.7℃，在177.8℃升華，氯化鋁的蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態(tài)時(shí)，都以共價(jià)的二聚成Al₂Cl₆形式存在，則氯化鋁屬于分子晶體（填所屬晶體類型）
（3）砷化鎵屬于第三代半導(dǎo)體，它能直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽�，砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡�?00倍，而耗能只有其中10%，推廣砷化鎵等發(fā)光二極管（LED）照明，是節(jié)能減排的有效舉措，砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似．試回答下列問(wèn)題：
①下列說(shuō)法正確的是AD（填序號(hào)）．
A．砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)中Ga原子的軌道雜化方式為sp³
B．第一電離能：As＜Ga
C．電負(fù)性：As＜Ga
D．砷和鎵都屬于p區(qū)元素
②砷化鎵是將（CH₃）₃Ga和AsH₃用MOCVD方法制備得到，該反應(yīng)在700℃進(jìn)行，反應(yīng)的方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄．
（4）鉈化鈉的晶胞結(jié)構(gòu)如圖，該物質(zhì)化學(xué)式為NaTl．已知該晶體是立方晶系，Na、Tl最近距離為a pm，寫(xiě)出計(jì)算該晶體的密度$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$ g/cm³．（已知阿佛加德羅常數(shù)：N_A•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）B原子核外電子數(shù)為5，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)核外電子排布式；BF₃分子中B原子形成3個(gè)B-F鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3；
（2）氯化鋁的熔沸點(diǎn)比較低，易溶液非金屬性溶解，應(yīng)屬于分子晶體；
（3）①A．砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，Ga原子周圍有4個(gè)As原子，雜化軌道數(shù)目為4；
B．同周期元素從左到右第一電離能呈增大趨勢(shì)，ⅡA、ⅤA族高于同周期相鄰元素的；
C．同周期元素從左到右電負(fù)性逐漸增大；
D．As、Ga分別處于VA族、ⅢA族，處于p區(qū)元素；
②砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應(yīng)制得，根據(jù)原子守恒可知還生成CH₄；
（4）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Na、Tl原子數(shù)目，確定化學(xué)式，計(jì)算晶胞質(zhì)量，晶胞體內(nèi)小立方體體心黑色球與小立方體頂點(diǎn)白色球之間距離最近，則晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度為4a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）B原子核外電子數(shù)為5，核外電子排布式為1s²2s²2p¹；BF₃分子中B原子形成3個(gè)B-F鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3，B原子采取sp²雜化，
故答案為：1s²2s²2p¹；sp²雜化；
（2）氯化鋁的熔沸點(diǎn)比較低，易溶液非金屬性溶解，應(yīng)屬于分子晶體，
故答案為：分子；
（3）①A．砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，Ga原子周圍有4個(gè)As原子，雜化軌道數(shù)目為4，Ga原子的軌道雜化方式為sp³，故A正確；
B．同周期元素從左到右第一電離能呈增大趨勢(shì)，ⅡA、ⅤA族高于同周期相鄰元素的則第一電離能：As＞Ga，故B錯(cuò)誤；
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錯(cuò)誤；
D．As、Ga分別處于VA族、ⅢA族，處于p區(qū)元素，故D正確，
故選：AD；
②反應(yīng)物為（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成物為GaAs，根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成CH₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄；
（4）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，在晶胞的每個(gè)棱邊的中點(diǎn)上各有一個(gè)鈉離子，體心上也有一個(gè)鈉離子，在由三個(gè)相鄰的棱邊中點(diǎn)和體心構(gòu)成的互不相鄰的四個(gè)正四面體的中心也有一個(gè)鈉離子，這樣將所有鈉離子連起來(lái)，結(jié)構(gòu)與金剛石的結(jié)構(gòu)相似，根據(jù)均攤法，晶胞中含有的T1的原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8、Na的個(gè)數(shù)為12×$\frac{1}{4}$+1+4=8，所以該晶胞中鈉離子和鉈離子個(gè)數(shù)為8：8=1：1，所以其化學(xué)式為NaTl；
晶胞質(zhì)量為8×$\frac{23+204}{{N}_{A}}$g，晶胞體內(nèi)小立方體體心黑色球與小立方體頂點(diǎn)白色球之間距離最近，則晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度為4a pm，故晶胞棱長(zhǎng)為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，則晶胞密度為：8×$\frac{23+204}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：NaTl；$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查是度物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質(zhì)、電離能、電負(fù)性、晶胞計(jì)算等，（4）中為難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，關(guān)鍵是確定處于最近位置的Tl、Na原子計(jì)算晶胞棱長(zhǎng)．