Question

20．AIN是重要的半導(dǎo)體材料，Ga（鎵）、P、As都是形成化合物半導(dǎo)體材料的重要元素．
（ 1 ） As基態(tài)原子的電子占據(jù)了4個能層，最高能級的電子排布式為4p³．和As位于同一周期，且未成對電子數(shù)也相同的元素還有2種．
（2）元素周期表中，與 P緊鄰的4種元素中電負性最大的是N（填元素符號）．Si、P、S三種元素的第一電離能由大到小的順序是P＞S＞Si．
（3）NH₃、PH₃、AsH₃三者的沸點由高到低的順序是NH₃＞AsH₃＞PH₃，原因是NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范分子間作用力大，沸點高．
（4）白磷是由 P₄分子形成的分子晶體，P₄分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，P原子位于正四面體的四個頂點，其中P原子的雜化軌道類型為sp³． 白磷易溶于 CS₂，難溶于水，原因是P₄和CS₂是非極性分子，H₂O是極性分子，根據(jù)相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，難溶于水．
（5 ）采用 Ga_xIn_1-xAs（鎵銦砷）等材料，可提高太陽能電池的效率．Ga_xIn_1-xAs立方體形品胞中每個頂點和面心都有一個原子，晶胞內(nèi)部有4個原子，則該品胞中含有4個砷原子．
（6）AIN晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似（如圖），設(shè)晶胞的邊長為 a cm，N_A表示阿伏加德羅常數(shù)，則該品體的密度為$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)As原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；和砷位于同一周期，且未成對電子數(shù)也相同的元素，它們的外圍電子排布式為：3d³4s²、3d⁷4s²；
（2）在元素周期表中，同周期中從左向右，元素的非金屬性增強，電負性增強，同主族元素從上向下，元素的非金屬性減弱，電負性減弱；
同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
（3）NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范德華力強，沸點高；
（4）P₄分子為正四面體構(gòu)型，P₄分子中P原子形成3個σ鍵、含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4；依據(jù)相似相溶的原理進行解答；
（5）Ga_xIn_（1-x）As立方體形晶胞中每一個頂點和面心都有一個原子，晶胞內(nèi)部有4個原子，晶胞含有總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化學(xué)式可知晶胞中As數(shù)目占原子總數(shù)的$\frac{1}{2}$；
（6）計算晶胞的體積和質(zhì)量，根據(jù)密度$ρ=\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）基態(tài)As原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，含有4個能層，最高能級的電子排布式為4p³，和砷位于同一周期，且未成對電子數(shù)也相同的元素，它們的外圍電子排布式為：3d³4s²、3d⁷4s²，分別為釩、鈷兩種，
故答案為：4；4p³；2；
（2）在元素周期表中，同周期中從左向右，元素的非金屬性增強，電負性增強，同主族元素從上向下，元素的非金屬性減弱，電負性減弱，在元素周期表中，與 P緊鄰的4種元素中電負性最大的是N．
同一周期元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)增大而增大，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，Si、P、S元素處于同一周期且原子序數(shù)逐漸增大，P處于第VA族，所以第一電離能P＞S＞Si，
故答案為：N；P＞S＞Si；
（3）NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物分子間作用力大，沸點高，故沸點：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案為：NH₃＞AsH₃＞PH₃；NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物分子間作用力大，沸點高；
（4）P₄分子為正四面體構(gòu)型，P₄分子中N原子形成3個σ鍵、含有1對孤對電子，雜化軌道數(shù)目為4，P原子采取sp³雜化．
相似相溶原理是指由于極性分子間的電性作用，使得極性分子組成的溶質(zhì)易溶于極性分子組成的溶劑，難溶于非極性分子組成的溶劑；非極性分子組成的溶質(zhì)易溶于非極性分子組成的溶劑，難溶于極性分子組成的溶劑，P₄和CS₂是非極性分子，H₂O是極性分子，根據(jù)相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，難溶于水，
故答案為：sp³；P₄和CS₂是非極性分子，H₂O是極性分子，根據(jù)相似相溶的原理，P₄易溶于 CS₂，難溶于水；
（5）Ga_xIn_（1-x）As立方體形晶胞中每一個頂點和面心都有一個原子，晶胞內(nèi)部有4個原子，晶胞含有總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化學(xué)式可知晶胞中As數(shù)目占原子總數(shù)的$\frac{1}{2}$，即晶胞中As原子數(shù)目為8×$\frac{1}{2}$=4，
故答案為：4；
（6）AIN晶胞中Al原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，N原子數(shù)目為4，故晶胞質(zhì)量m=$\frac{4（27+14）}{{N}_{A}}$，體積V=a³，密度$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$．
故答案為：$\frac{164}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能及電負性、雜化方式判斷、晶胞計算等，本題關(guān)鍵是結(jié)合化學(xué)式、均攤法計算晶胞中原子數(shù)目．