Question

【題目】今年是俄羅斯化學(xué)家門捷列夫提出“元素周期律”150周年。門捷列夫?yàn)楹脦追N當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素(如“類鋁”“類硅”和“類硼”)留下了空位。而法國(guó)科學(xué)家在1875年研究閃鋅礦(ZnS)時(shí)發(fā)現(xiàn)的“鎵”，正是門捷列夫預(yù)言的“類鋁”，其性質(zhì)也是和預(yù)言中的驚人相似。請(qǐng)回答下列問題：

（1）①基態(tài)鎵原子中，核外存在__________對(duì)自旋相反的電子，核外電子占據(jù)的最高能級(jí)的電子云輪廓圖為__________形；門捷列夫預(yù)言的“類硼”就是現(xiàn)在的鈧，“類硅”即是現(xiàn)在的鍺。在鎵、鈧、鍺三種元素的原子中，未成對(duì)電子數(shù)最多的是_________ (填元素符號(hào))。

②下列說法中，最有可能正確的一項(xiàng)是_________(填字母代號(hào))。

A 類鋁在100℃時(shí)蒸氣壓很高 B 類鋁的氧化物一定不能溶于強(qiáng)堿溶液

C 類鋁一定不能與沸水反應(yīng) D 類鋁能生成類似明礬的礬類

（2）氯化鎵晶體熔點(diǎn)為77.9℃。氯化鎵分子中鎵的雜化方式為_______，空間構(gòu)型為_______；寫出與氯化鎵互為等電子的的分子、離子各一種：_______、_______。

（3）GaN、GaP、GaAs都是很好的半導(dǎo)體材料，晶體類型與晶體硅類似，GaN、GaP、GaAs晶體的熔點(diǎn)如下表所示，分析其變化原因：__________________。

	GaN	GaP	GaAs
熔點(diǎn)	1700℃	1480℃	1238℃

（4）2011年，我國(guó)將鎵列為戰(zhàn)略儲(chǔ)備金屬，我國(guó)的鎵儲(chǔ)量約占世界儲(chǔ)量的80％以上。砷化鎵也是半導(dǎo)體材料，其結(jié)構(gòu)與硫化鋅類似，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示：

①原子坐標(biāo)參數(shù)是晶胞的基本要素之一，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。圖中A(0，0，0)、B()、C(1，，)，則此晶胞中，距離A球最遠(yuǎn)的黑球的坐標(biāo)參數(shù)為______________。

②若砷和鎵的原子半徑分別為a cm和b cm，砷化鎵的摩爾質(zhì)量為M g/mol，密度為g/cm3，晶胞中原子體積占空間體積百分率(即原子體積的空間占有率)為_________ (用含a、b、M、、NA的代數(shù)式表示，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。

Answer 1

【答案】15 紡錘 Ge D sp2 平面正三角形 BCl3（或BF3） NO3-(或CO32-)（其他答案合理也可給分） GaN、GaP、GaAs都是原子晶體，原子半徑N<P<As，鍵長(zhǎng)Ga—N<Ga—P<Ga—As，鍵能Ga—N>Ga—P>Ga—As，故熔點(diǎn)依次降低 ( , , )

【解析】

（1）①根據(jù)同一軌道的2兩個(gè)電子自旋方向相反判斷。鎵的最高能級(jí)為4p，p軌道電子云輪廓圖為紡錘形，通過電子排布式判斷未成對(duì)電子數(shù)目；

②“類鋁”性質(zhì)和鋁相似；

（2）可結(jié)合孤對(duì)電子、價(jià)層電子對(duì)數(shù)來判斷雜化方式與空間構(gòu)型。等電子體是指價(jià)電子總數(shù)和原子總數(shù)相同的分子、離子或原子團(tuán)；

（3）晶體硅是原子晶體，則GaN、GaP、GaAs都是原子晶體，原子半徑越小，鍵能越大，熔點(diǎn)越高；

（4）①晶胞中距離A球最遠(yuǎn)的黑球與A球的連線處于晶胞體對(duì)角線上，根據(jù)幾何原理，二者距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的；

②晶胞中原子體積占空間體積百分率=。

（1）①鎵是31號(hào)元素，核外有31個(gè)電子，基態(tài)鎵（Ga）原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，由泡利原理可知，基態(tài)鎵原子中，核外存在15對(duì)自旋相反的電子。核外電子占據(jù)的最高能級(jí)為4p，電子云輪廓圖為紡錘形。鎵中有一個(gè)未成對(duì)電子，鈧原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d14s2，鈧中有一個(gè)未成對(duì)電子，鍺原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2，鍺中有兩個(gè)未成對(duì)電子，在鎵、鈧、鍺三種元素的原子中，未成對(duì)電子數(shù)最多的是Ge；

②A. 固體的蒸氣壓一般比較小，類鋁在100℃時(shí)蒸氣壓應(yīng)該不是很高，故A錯(cuò)誤；

B. 氧化鋁溶于堿，類鋁的氧化物也可以溶于強(qiáng)堿，故B錯(cuò)誤；

C.類鋁的金屬性比Al強(qiáng)，Al能與沸水反應(yīng)，類鋁與沸水反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；

D. 類鋁與鋁的結(jié)構(gòu)相似，能生成類似明礬的礬類，故D正確，

答案選D；

（2）氯化鎵分子中鎵沒有孤電子對(duì)，價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，中心原子雜化方式為sp2，空間構(gòu)型為平面正三角形。等電子體是指價(jià)電子總數(shù)和原子總數(shù)相同的分子、離子或原子團(tuán)，與氯化鎵互為等電子的的分子、離子有BCl3（或BF3）、NO3-(或CO32-)；

（3）晶體硅是原子晶體，則GaN、GaP、GaAs都是原子晶體。由表可知，GaN、GaP、GaAs晶體的熔點(diǎn)依次減小，因?yàn)?/span>GaN、GaP、GaAs都是原子晶體，原子半徑N<P<As，鍵長(zhǎng)Ga—N<Ga—P<Ga—As，鍵能Ga—N>Ga—P>Ga—As，故熔點(diǎn)依次降低；

（4）①晶胞中距離A球最遠(yuǎn)的黑球與A球的連線處于晶胞體對(duì)角線上，根據(jù)幾何原理，二者距離等于體對(duì)角線長(zhǎng)度的，該黑色球距離各坐標(biāo)平面距離均為晶胞棱長(zhǎng)的，由坐標(biāo)參數(shù)可知晶胞棱長(zhǎng)為1，故該黑色球到各坐標(biāo)平面的距離均為，故該黑色球的坐標(biāo)參數(shù)為( , , )；

②設(shè)阿伏加德羅常數(shù)為，晶胞中Ga原子數(shù)目，As原子數(shù)目，晶胞相當(dāng)于有4個(gè)“GaAs”，晶胞質(zhì)量，晶胞中Ga、As原子總體積，則晶胞的體積為cm3，晶胞中原子體積占空間體積百分率(即原子體積的空間占有率)為。