Question

12．硅（Si）、镓（Ga）和硒（Se）的化合物是制造太阳能电池的重要材料．
（1）基态镓原子的外围电子排布式为4s²4p¹；基态硅原子核外电子的运动状态有14种；
（2）已知H₂SeO₄ 的酸性接近硫酸，则在硅、镓和硒三种元素中，电负性最大的是硒；H₂SeO₄中心原子的杂化方式为sp³；SeO₃的空间构型是平面三角形；
（3）下表列出了SiX₄ 的沸点及Si-X 键的键长，有人提出SiX₄ 的沸点变化是由于Si-X 键的键长变化导致的，你认为这个观点不合理（填“合理”或“不合理”），理由是：SiX₄沸腾时破坏分子间作用力，不破坏共价键，所以共价键的键长对SiX₄沸点无明显影响；

	SiF4	SiCl4	SiBr4	SiI4
沸点（K）	177.4	330.1	408	460.6
Si-X键键长（pm）	154	201	215	234

（4）磷化镓具有金刚石型晶体结构（如图是磷化镓的晶体结构示意图），磷化镓的熔点约1645℃，不溶于水；磷化镓的化学式为GaP，晶体类型是原子晶体；图中磷原子构成的形状为正四面体；已知磷化镓晶体中Ga-P 键键长为a pm，则磷化镓晶体中相邻的Ga 原子间的距离为$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$pm．

Answer 1

分析 （1）Ga在周期表中的位置是第四周期第IIIA族，Si在周期表中的位置是第三周期，IVA族，Si原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，一共有14个核外电子，每个电子的运动状态都不一样，据此作答；
（2）H₂SeO₄的酸性接近硫酸，表明Se的电负性应接近S，则在Si、Ga和Se三种元素中，电负性最大的是Se，根据VSEPR理论和杂化轨道理论判断H₂SeO₄中心原子的杂化方式和SeO₃的空间构型；
（3）SiX₄的沸点跟分子间力有关，跟键长变化无关；
（4）根据磷化镓具有金刚石晶体的晶胞，结合晶胞结构图解答．

解答 解：（1）Ga在周期表中的位置是第四周期第IIIA族，则其价电子排布式为4s²4p¹；Si在周期表中的位置是第三周期，IVA族，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p²，核外电子占有的原子轨道有1s，2s，2p，3s，3p，一共有14个核外电子，每个电子为一个运动状态，因此共有14种运动状态．故答案为：4s²4p¹，14．
（2）H₂SeO₄的酸性接近于硫酸，且Se和S均为氧族元素，具有相同数目的价电子，所以Se的电负性应接近S，则在Si、Ga和Se三种元素中，电负性最大的是Se，对于H₂SeO₄中心原子Se，由于H₂SO₄中S的杂化方式为sp³，因此H₂SeO₄中Se的杂化方式也应为sp³，根据VSEPR理论；对于SeO₃，其成键原子数BP=3，孤电子对数为$LP=\frac{6-2×3}{2}=0$，则其价电子对数为VP=BP+LP=3+0=3，根据杂化轨道理论，为sp²杂化，分子空间构型为平面三角形．故答案为：硒，sp³，平面三角形．
（3）对于SiX₄，沸腾时，破坏的是分子间力，并不破坏共价键，而键长决定共价键强度，并不决定分子间力，所以键长对于沸点的参考并不具有意义，该观点是不合理的．故答案为：不合理，SiX₄沸腾时破坏分子间作用力，不破坏共价键，所以共价键的键长对SiX₄沸点无明显影响；
（4）磷化镓具有金刚石晶体的晶胞，根据晶胞图，磷化镓的化学式应为GaP；其熔点约1645℃，金刚石为原子晶体，GaP的晶胞与金刚石晶胞相同，结构决定性质，且其熔点也很高，所以GaP也应为原子晶体；
根据晶胞图，P原子构成的形状为正四面体；已知GaP晶体中Ga-P键键长为apm，金刚石晶胞中，C原子为sp³杂化与其余C原子成键，根据杂化轨道理论键角公式，键角应为$cosθ=\frac{-\frac{1}{4}}{1-\frac{1}{4}}=-\frac{1}{3}$，设Ga原子间距离为x，由余弦定理：$cosθ=\frac{{a}^{2}+{a}^{2}-{x}^{2}}{2•a•a}=-\frac{1}{3}$，解得$x=\frac{2\sqrt{6}}{3}a$．
故答案为：GaP；原子晶体；正四面体；$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$．

点评 本题考查物质结构知识，基态原子核外电子排布式，价电子排布式，电负性，价层电子对互斥理论，杂化轨道理论，判断晶体类型，以及晶胞的计算．最后一空难度较大，需结合大学化学的杂化轨道键角公式和余弦定理计算．题目整体难度中等，考查知识点较综合，是中档题．