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，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。請回答下列問題：

（1）鎵為元素周期表第31號元素，基態(tài)鎵原子的電子排布式為__________________，核外電子占據(jù)最高能層符號為________。

（2）氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以_______鍵相結(jié)合，氮化鎵屬于_______晶體。

（3）下列說法正確的是________

A．第一電離能：As < Ga B．砷和鎵都屬于p區(qū)元素

C．電負性：As < Ga　 D．半導(dǎo)體GaP、SiC與砷化鎵為等電子體

（4）① 砷化鎵是將(CH3)3Ga和AsH3用MOCVD(金屬有機物化學氣相淀積)方法制備得到的，該反應(yīng)在700℃進行，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）實驗測得AsH3沸點比NH3低，其原因是：___________________________。

（6）下圖是氮化鎵的晶胞模型，氮化鎵為立方晶胞，氮化鎵的密度為d g/cm3。列式計算氮化鎵晶胞邊長a的表達式：a=______cm。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1 N 共價 原子 BD （CH3）3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角錐形或型 sp2 NH3分子間能形成氫鍵，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵。

【解析】(1)鎵為元素周期表第31號元素，基態(tài)鎵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，核外電子占據(jù)最高能層符號為N，故答案為：1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1；N；

(2)金剛石是原子晶體，氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以共價鍵相結(jié)合，氮化鎵也屬于原子晶體，故答案為：共價；原子；

(3)A．同周期元素從左到右第一電離能逐漸增大，則第一電離能：As＞Ga，故A錯誤；B．砷和鎵的價層電子都為sp電子，位于周期表p區(qū)，故B正確；C．同周期元素從左到右電負性逐漸增大，則電負性：As＞Ga，故C錯誤；D．GaP的價層電子為3+5=8，SiC的價層電子為4+4=8，GaAs價層電子數(shù)為3+5=8，則為等電子體，故D正確；故答案為：BD；

(4)①反應(yīng)為(CH3)3Ga和AsH3，生成為GaAs，根據(jù)質(zhì)量守恒可知還應(yīng)有和CH4，反應(yīng)的化學方程式為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4，故答案為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②AsH3中含有3個δ鍵和1個孤電子對，為三角錐形，(CH3)3Ga中Ga形成3個δ鍵，沒有孤電子對，為sp2雜化，故答案為：三角錐；sp2；

(5)N原子半徑較小，電負性較大，對應(yīng)的NH3分子間能形成氫鍵，沸點較高，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵，沸點較低，故答案為：NH3分子間能形成氫鍵，而As電負性小，半徑大，分子間不能形成氫鍵；

(6)GaN晶胞中，Ga位于頂點和體心，所以含有Ga數(shù)為：8×+1=2，N原子位于棱和體心，所以N數(shù)為：4×+1=2，GaN晶胞中含有兩個GaN，晶胞邊長為==，故答案為：。