Question

4．请完成下列各题：
第ⅢA、ⅤA元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与金刚石相似．
（1）Ga原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹．
（2）在GaAs晶体中，每个Ga原子与4个As原子相连，与同一个Ga原子相连的As原子构成的空间构型为正四面体．
（3）在四大晶体类型中，GaAs属于原子晶体．
（4）As与Ga之间存在的化学键有BEG（填字母）
A．离子键    B．σ键    C．π键    D．氢键
E．配位键     F．金属键    G．极性键
（5）GaAs晶胞如图所示，其晶胞边长为564.0pm，密度为5.37g/cm³（列式并计算），a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为141$\sqrt{3}$pm（列式表示）．（Ga、As的相对原子质量分别为70、75）

Answer 1

分析 （1）Ga是31号元素，其基态原子核外有31个电子，根据构造原理书写其原子核外电子排布式；
（2）单晶硅是Si正四面体向空间延伸的立体网状结构，为原子晶体，GaN晶体结构与单晶硅相似，GaN属于原子晶体，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为与但晶硅中Si的结构相似；
（3）根据GaN的构成微粒确定晶体类型；
（4）根据晶胞结构判断存在的化学键；
（5）根据$ρ=\frac{m}{V}$计算；a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为晶体体对角线的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）Ga原子是31号元素，根据构造原理写出Ga原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p¹；
（2）GaN晶体结构与单晶硅相似，GaN属于原子晶体，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体，
故答案为：4；正四面体；
（3）GaN晶体结构与单晶硅相似，GaN属于原子晶体，故答案为：原子；
（4）碳原子可以形成4个碳碳单键，所以每个As应与4个Ga相连，金刚石中含有的化学键是共价键，所以该物质中含有的化学键是极性键，单键为σ键，又因为砷原子还有1对孤对电子，而镓原子有容纳孤对电子的空轨道，所以还可以构成配位键，
故答案为：BEG；
（5）晶胞中Ga位于体内，数目为4，As原子位于顶点和面心，数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则晶胞质量为$\frac{4×（70+75）g/mol}{6.02×10{\;}^{23}mol{\;}^{-1}}$，晶胞体积为（564×10^-10cm）³³，则密度为$\frac{4×（70+75）}{6.02×10{\;}^{23}×（564×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$=5.37g/cm³；
a位置As原子与b位置Ga原子之间的距离为晶体体对角线的$\frac{1}{4}$，则距离为$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×564×10^-10cm=141$\sqrt{3}$，
故答案为：5.37；141$\sqrt{3}$．

点评 本题考查了物质结构和性质，明确物质结构是解本题关键，结构决定性质，知道电负性大小的判断方法、电子式的书写规则，难度不大．