Question

17．Ga（鎵）、P、As都是形成化合物半導(dǎo)體材料的重要元素．
（1）基態(tài)As原子的電子占據(jù)了18個(gè)原子軌道，最高能層的電子排布式為4s²4p³，和砷位于同一周期，且未成對(duì)電子數(shù)也相同的元素名稱(chēng)是釩、鈷．
（2）NH₃、PH₃、AsH₃三者的沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镹H₃＞AsH₃＞PH₃（填化學(xué)式），原因是NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點(diǎn)比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范德華力強(qiáng)，沸點(diǎn)高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面體結(jié)構(gòu)，P原子的雜化方式為sp³；
（4）采用Ga_xIn_（1-x）As（鎵 銦 砷）等材料，可提高太陽(yáng)能電池的效率．Ga_xIn_（1-x）As立方體形晶胞中每一個(gè)頂點(diǎn)和面心都有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)部有4個(gè)原子，則該晶胞中含有4個(gè)砷原子．已知晶胞邊長(zhǎng)為apm，阿伏加德羅常數(shù)為N_A，則晶胞密度為$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g/cm³（只列計(jì)算式，不必化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)As原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³；和砷位于同一周期，且未成對(duì)電子數(shù)也相同的元素，它們的外圍電子排布式為：3d³4s²、3d⁷4s²；
（2）NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點(diǎn)比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范德華力強(qiáng)，沸點(diǎn)高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面體結(jié)構(gòu)，P原子形成3個(gè)P-P鍵、含有1對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為4；
（4）Ga_xIn_（1-x）As立方體形晶胞中每一個(gè)頂點(diǎn)和面心都有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)部有4個(gè)原子，晶胞含有總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化學(xué)式可知晶胞中As數(shù)目占原子總數(shù)的$\frac{1}{2}$；晶胞中Ga原子數(shù)目為4x，In原子數(shù)目為4（1-x），計(jì)算晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）基態(tài)As原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³，占據(jù)原子軌道數(shù)目為：1×4+3×3+5=18，最高能層的電子排布式為4s²4p³，和砷位于同一周期，且未成對(duì)電子數(shù)也相同的元素，它們的外圍電子排布式為：3d³4s²、3d⁷4s²，分別為釩、鈷，
故答案為：18；4s²4p³；釩；鈷；
（2）NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點(diǎn)比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范德華力強(qiáng)，沸點(diǎn)高，故沸點(diǎn)：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案為：NH₃＞AsH₃＞PH₃；NH₃分子間存在氫鍵，氨的沸點(diǎn)比同主族元素的氫物高，AsH₃和PH₃分子間不存在氫鍵，分子量大的氫化物范德華力強(qiáng)，沸點(diǎn)高；
（3）白磷分子（P₄）是正四面體結(jié)構(gòu)，P原子形成3個(gè)P-P鍵、含有1對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為4，P原子的雜化方式為sp³，
故答案為：sp³；
（4）Ga_xIn_（1-x）As立方體形晶胞中每一個(gè)頂點(diǎn)和面心都有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)部有4個(gè)原子，晶胞含有總數(shù)為4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，由化學(xué)式可知晶胞中As數(shù)目占原子總數(shù)的$\frac{1}{2}$，即晶胞中As原子數(shù)目為8×$\frac{1}{2}$=4，晶胞中Ga原子數(shù)目為4x，In原子數(shù)目為4（1-x），則晶胞質(zhì)量=4×$\frac{75+70x+115（1-x）}{{N}_{A}}$g，晶胞密度=4×$\frac{75+70x+115（1-x）}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10cm）³=$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案為：4；$\frac{4×[75+70x+115（1-x）]}{（a×1{0}^{-10}）^{3}×{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、氫鍵、雜化方式判斷、晶胞計(jì)算等，（4）中計(jì)算為易錯(cuò)點(diǎn)，關(guān)鍵是結(jié)合化學(xué)式、均攤法計(jì)算晶胞中原子數(shù)目．