Question

【題目】鎵與ⅤA族元素形成的化合物是重要的半導體材料，應用最廣泛的是砷化鎵(GaAs)。回答下列問題：

（1）基態Ga原子的核外電子排布式為__________，基態As原子核外有__________個未成對電子。

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

（3）比較下列鎵的鹵化物的熔點和沸點，分析其變化規律及原因：__________________________。

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

GaF3的熔點超過1000℃，可能的原因是_______________________________________。

（4）二水合草酸鎵的結構如圖所示，其中鎵原子的配位數為__________，草酸根中碳原子的雜化方式為__________。

（5）砷化鎵熔點為1238℃，立方晶胞結構如圖所示，晶胞參數為a=565pm，該晶體的類型為__________，晶體的密度為__________(設NA為阿伏加德羅常數的數值，列出算式即可)g·cm-3。

Answer 1

【答案】 [ Ar ]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1) 3 +1(寫+1、+2) 大 GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸點依次升高。它們均為分子晶體，結構相似，相對分子質量依次增大，分子間作用力依次增強 GaF3為離子晶體 4 Sp2 原子晶體

【解析】(1) Ga的原子序數為31，所以基態原子的電子排布式為[ Ar ]3d104s24p1(或1s22s22p6 3s23p6 3d104s24p1)；As的原子序數為33，則基態原子的電子排布式為[ Ar ]3d104s24p3，所以基態As原子核外有3個未成對電子；

(2)電離能是氣態原子失去電子所需要的能量，由鎵的前四級電離能可知，其主要化合價為+1、+3，由于As的最外層電子排布為4s24p3，是全滿或半滿，而Ga的最外層電子排布為4s24p1，特別是4p1易失電子，所以砷的電負性比鎵大；

(3)表中數據顯示，鎵的鹵化物的熔點和沸點都不高，且按照氯、溴、碘依次升高，原因是它們的組成相同，結構相似，都是分子晶體，所以隨著相對分子質量的增大，分子間作用力增大，故熔沸點升高；而GaF3的熔點超過1000℃，是由于F的電負性很大，形成的GaF3是離子晶體；

(4)由二水合草酸鎵的結構圖可得，鎵原子的配位數為4；草酸根中碳原子與羧基中的碳原子的雜化方式相同，形成的都是平面結構，所以應該是sp2雜化；

(5)由于該晶體的熔點高，且砷和鎵都不是活潑元素，所以該晶體是原子晶體，其化學式為Ga4As4，該晶胞的質量m=g，體積為V =(565×10-10)3 cm3，則其密度為 g/cm3。