Question

【題目】以氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)為代表的第三代半導(dǎo)體材料目前已成為全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)，如砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡的100倍，而耗能即為10%，推廣砷化鎵等發(fā)光二極管（LED）照明，是節(jié)能減排的有效舉措。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)基態(tài)鎵原子的價(jià)電子排布式為___。

(2)鎵失去電子的逐級(jí)電離能(單位：kJ·mol-1)的數(shù)值依次為577、1985、2962、6192，由此可推知鎵的主要化合價(jià)為__和+3。砷的電負(fù)性比鎵__(填“大”或“小”)。

(3)比較下列鎵的鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸點(diǎn)依次升高，分析其變化原因：__。

鎵的鹵化物	GaCl3	GaBr3	GaI3
熔點(diǎn)/℃	77.75	122.3	211.5
沸點(diǎn)/℃	201.2	279	346

GaF3的熔點(diǎn)超過(guò)1000℃，可能的原因是__。

(4)①砷化鎵是將(CH3)3Ga和AsH3用MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積)方法制備得到的，該反應(yīng)在700℃進(jìn)行，反應(yīng)的方程式為：___。

②反應(yīng)物AsH3分子的幾何構(gòu)型為__，(CH3)3Ga中鎵原子雜化方式為__。

(5)砷化鎵熔點(diǎn)為1238℃，立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為a=565pm，As的配位數(shù)為__，晶體的密度為__(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，列出算式即可)g·cm-3。

Answer 1

【答案】4s24p1 +1 大 GaCl3、GaBr3、GaI3均為分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng) GaF3為離子晶體 (CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角錐形 sp2 4

【解析】

(1)基態(tài)鎵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，則其價(jià)電子排布式為4s24p1。答案為：4s24p1；

(2)鎵的第一電離能比第二電離能要小得多，由此可推知鎵的主要化合價(jià)為+1價(jià)。砷的價(jià)電子排布式為4s24p3，鎵的價(jià)電子排布式為4s24p1，則二者同周期且砷在鎵的右邊，電負(fù)性砷大。答案為：大；

(3)鎵的鹵化物的熔點(diǎn)都比較低，則應(yīng)形成分子晶體，GaCl3、GaBr3、GaI3的沸點(diǎn)依次升高，其變化原因是GaCl3、GaBr3、GaI3均為分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng)。答案為：GaCl3、GaBr3、GaI3均為分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng)；

GaF3的相對(duì)分子質(zhì)量最小，但其熔點(diǎn)超過(guò)1000℃，則不適合用分子晶體解釋?zhuān)�可能的原因�?/span>GaF3為離子晶體。答案為：GaF3為離子晶體；

(4)①在700℃時(shí)，(CH3)3Ga和AsH3反應(yīng)，生成GaAs等，反應(yīng)的方程式為(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4。答案為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②反應(yīng)物AsH3分子的幾何構(gòu)型與NH3類(lèi)似，則為三角錐形，(CH3)3Ga中鎵原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，且無(wú)孤對(duì)電子，由此可得出雜化方式為sp2。答案為：三角錐形；sp2；

(5)從晶胞結(jié)構(gòu)圖中可以看出，As周?chē)��?/span>4個(gè)Ga原子，則配位數(shù)為4。1個(gè)晶胞中含有4個(gè)GaAs，由此可求出1個(gè)晶胞的質(zhì)量，再由晶胞參數(shù)，即可求出晶胞的體積，從而求出晶體的密度為= g·cm-3。

答案為：4；。