Question

【題目】I.1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予Henry Bragg和Lawrence Bragg，以表彰他們用X射線對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的分析所作的貢獻(xiàn)。

科學(xué)家通過(guò)X射線推測(cè)膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡(jiǎn)單表示如下，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示。

（1）寫(xiě)出基態(tài)Cu原子的核外電子排布式____________________。

（2）寫(xiě)出膽礬晶體中水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式(必須將配位鍵表示出來(lái))_________________。

II.砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽(yáng)能電池的材料等。回答下列問(wèn)題：

（1）寫(xiě)出基態(tài)As原子的外圍電子排布式________。

（2）根據(jù)元素周期律，原子半徑Ga_______As，第一電離能Ga______As。(填“大于”或“小于”)

（3）AsCl3分子的立體構(gòu)型為_______，其中As的雜化軌道類(lèi)型為________。

（4）GaF3的熔點(diǎn)高于1 000 ℃，GaCl3的熔點(diǎn)為77.9 ℃，其原因是__________________。

（5）GaAs的熔點(diǎn)為1 238 ℃，密度為ρ g·cm－3，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶體的類(lèi)型為________，Ga與As以___________鍵鍵合。Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為M1 g·mol－1和M2 g·mol－1，原子半徑分別為r1 pm和r2 pm，阿伏加德羅常數(shù)值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為__________________________(列出含ρ和NA的計(jì)算式）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 4s24p3 大于 小于 三角錐型 sp3 GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體 原子晶體 共價(jià) 4π×10-30ρNA(r13+r23)/3(M1+M2)×100%

【解析】Ⅰ（1）Cu為第29號(hào)元素，其核外電子排布為：[Ar]3d104s1。

（2）圖示中Cu2+與周?chē)�四個(gè)水分子中的O之間形成的都應(yīng)該是配位鍵，顯然應(yīng)該是Cu2+提供空軌道，所以該離子為：。

Ⅱ（1）As為33號(hào)元素，所以核外電子排布為：[Ar] 3d104s24p3，所以外圍電子排布式為：4s24p3。

（2）同周期由左向右半徑逐漸減小，所以半徑Ga＞As。As的4p能級(jí)為半滿(mǎn)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其第一電離能增大，即第一電離能為：Ga＜As。

（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論AsCl3的價(jià)電子對(duì)為4，配位數(shù)為3，所以分子是三角錐形，As為sp3雜化。

（4）GaF3的熔點(diǎn)高于1 000 ℃，GaCl3的熔點(diǎn)為77.9 ℃，其差異如此之大，只可能是因?yàn)榫�體類(lèi)型發(fā)生變化，即GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體。

（5）根據(jù)晶體的熔點(diǎn)和晶胞結(jié)構(gòu)可以判斷該晶體為原子晶體，所以原子之間應(yīng)該以共價(jià)鍵鍵合。晶胞中含有4個(gè)GaAs，所以晶胞質(zhì)量為4(M1+M2)/NA g，進(jìn)而得到晶胞密度為4(M1+M2)/ (ρNA) cm3＝4×1030(M1+M2)/ (ρNA) pm3。晶胞中含有4個(gè)Ga和4個(gè)As，所以原子的體積為(4×4πr13/3 + 4×4πr23/3)pm3；所以GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為(4×4πr13/3 + 4×4πr23/3)÷[4×1030(M1+M2)/ (ρNA)]＝4π×10-30ρNA(r13+r23)/3(M1+M2) ×100%。