Question

12．硅（Si）、鎵（Ga）和硒（Se）的化合物是制造太陽能電池的重要材料．
（1）基態(tài)鎵原子的外圍電子排布式為4s²4p¹；基態(tài)硅原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有14種；
（2）已知H₂SeO₄ 的酸性接近硫酸，則在硅、鎵和硒三種元素中，電負(fù)性最大的是硒；H₂SeO₄中心原子的雜化方式為sp³；SeO₃的空間構(gòu)型是平面三角形；
（3）下表列出了SiX₄ 的沸點(diǎn)及Si-X 鍵的鍵長，有人提出SiX₄ 的沸點(diǎn)變化是由于Si-X 鍵的鍵長變化導(dǎo)致的，你認(rèn)為這個(gè)觀點(diǎn)不合理（填“合理”或“不合理”），理由是：SiX₄沸騰時(shí)破壞分子間作用力，不破壞共價(jià)鍵，所以共價(jià)鍵的鍵長對(duì)SiX₄沸點(diǎn)無明顯影響；

	SiF4	SiCl4	SiBr4	SiI4
沸點(diǎn)（K）	177.4	330.1	408	460.6
Si-X鍵鍵長（pm）	154	201	215	234

（4）磷化鎵具有金剛石型晶體結(jié)構(gòu)（如圖是磷化鎵的晶體結(jié)構(gòu)示意圖），磷化鎵的熔點(diǎn)約1645℃，不溶于水；磷化鎵的化學(xué)式為GaP，晶體類型是原子晶體；圖中磷原子構(gòu)成的形狀為正四面體；已知磷化鎵晶體中Ga-P 鍵鍵長為a pm，則磷化鎵晶體中相鄰的Ga 原子間的距離為$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$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原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，一共有14個(gè)核外電子，每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都不一樣，據(jù)此作答；
（2）H₂SeO₄的酸性接近硫酸，表明Se的電負(fù)性應(yīng)接近S，則在Si、Ga和Se三種元素中，電負(fù)性最大的是Se，根據(jù)VSEPR理論和雜化軌道理論判斷H₂SeO₄中心原子的雜化方式和SeO₃的空間構(gòu)型；
（3）SiX₄的沸點(diǎn)跟分子間力有關(guān)，跟鍵長變化無關(guān)；
（4）根據(jù)磷化鎵具有金剛石晶體的晶胞，結(jié)合晶胞結(jié)構(gòu)圖解答．

解答 解：（1）Ga在周期表中的位置是第四周期第IIIA族，則其價(jià)電子排布式為4s²4p¹；Si在周期表中的位置是第三周期，IVA族，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p²，核外電子占有的原子軌道有1s，2s，2p，3s，3p，一共有14個(gè)核外電子，每個(gè)電子為一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此共有14種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．故答案為：4s²4p¹，14．
（2）H₂SeO₄的酸性接近于硫酸，且Se和S均為氧族元素，具有相同數(shù)目的價(jià)電子，所以Se的電負(fù)性應(yīng)接近S，則在Si、Ga和Se三種元素中，電負(fù)性最大的是Se，對(duì)于H₂SeO₄中心原子Se，由于H₂SO₄中S的雜化方式為sp³，因此H₂SeO₄中Se的雜化方式也應(yīng)為sp³，根據(jù)VSEPR理論；對(duì)于SeO₃，其成鍵原子數(shù)BP=3，孤電子對(duì)數(shù)為$LP=\frac{6-2×3}{2}=0$，則其價(jià)電子對(duì)數(shù)為VP=BP+LP=3+0=3，根據(jù)雜化軌道理論，為sp²雜化，分子空間構(gòu)型為平面三角形．故答案為：硒，sp³，平面三角形．
（3）對(duì)于SiX₄，沸騰時(shí)，破壞的是分子間力，并不破壞共價(jià)鍵，而鍵長決定共價(jià)鍵強(qiáng)度，并不決定分子間力，所以鍵長對(duì)于沸點(diǎn)的參考并不具有意義，該觀點(diǎn)是不合理的．故答案為：不合理，SiX₄沸騰時(shí)破壞分子間作用力，不破壞共價(jià)鍵，所以共價(jià)鍵的鍵長對(duì)SiX₄沸點(diǎn)無明顯影響；
（4）磷化鎵具有金剛石晶體的晶胞，根據(jù)晶胞圖，磷化鎵的化學(xué)式應(yīng)為GaP；其熔點(diǎn)約1645℃，金剛石為原子晶體，GaP的晶胞與金剛石晶胞相同，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，且其熔點(diǎn)也很高，所以GaP也應(yīng)為原子晶體；
根據(jù)晶胞圖，P原子構(gòu)成的形狀為正四面體；已知GaP晶體中Ga-P鍵鍵長為apm，金剛石晶胞中，C原子為sp³雜化與其余C原子成鍵，根據(jù)雜化軌道理論鍵角公式，鍵角應(yīng)為$cosθ=\frac{-\frac{1}{4}}{1-\frac{1}{4}}=-\frac{1}{3}$，設(shè)Ga原子間距離為x，由余弦定理：$cosθ=\frac{{a}^{2}+{a}^{2}-{x}^{2}}{2•a•a}=-\frac{1}{3}$，解得$x=\frac{2\sqrt{6}}{3}a$．
故答案為：GaP；原子晶體；正四面體；$\frac{2\sqrt{6}}{3}a$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，基態(tài)原子核外電子排布式，價(jià)電子排布式，電負(fù)性，價(jià)層電子對(duì)互斥理論，雜化軌道理論，判斷晶體類型，以及晶胞的計(jì)算．最后一空難度較大，需結(jié)合大學(xué)化學(xué)的雜化軌道鍵角公式和余弦定理計(jì)算．題目整體難度中等，考查知識(shí)點(diǎn)較綜合，是中檔題．