Question

【題目】磷和砷的相關化合物在化工、醫藥、材料等領域有著廣泛的應用。回答下列問題：

（1）紅磷是巨型共價分子，無定型結構，下列方法能證明紅磷是非晶體的是_____。

A．質譜法 B．原子發射光譜法 C．核磁共振譜法 D．X射線行射法

（2）基態As原子的核外電子排布式為_____，As原子的逐級電離能數據如下：

第一電離能	第二電離能	第三電離能	第四電離能	第五電離能	第六電離能
947.0	1798	2735	4837	6043	12310

為什么第五電離能與第六電離能相差較大_____。

（3）黑磷是新型二維半導體材料，具有片層結構（如下圖所示），P原子的雜化形式為_____，層與層之間的相互作用為_____。

（4）GaAs的熔點為1238℃，且熔融狀態不導電，其晶胞結構如下圖所示，該晶體的類型為_____，每個As原子周圍最近的As原子數目為_____，與同一個Ga原子距離最近的As原子構成的空間構型為_____，一個GaAs晶胞中配位鍵的數目為_____。

（5）已知GaAs的密度為dg/cm3，摩爾質量為Mg/mol，阿伏加德羅常數用NA表示，則晶胞中最近的As和Ga原子核間距為_____ nm（列式表示）。

Answer 1

【答案】D [Ar]3d104s24p3 As原子最外層有五個電子，失去的第六個電子來自全滿的次外層，所需能量較高 sp3 范德華力 原子晶體 12 正四面體 4 ×107

【解析】

(1)判斷晶體、非晶體最科學的方法是X-射線衍射實驗；

(2)基態As原子核外有33個電子，根據構造原理書寫基態As原子的核外電子排布式；As的第五電離能與第六電離能相差顯著，As失去5個電子后電子排布為[Ar]3d10，此時3d為全滿，較穩定；

(3)黑磷中P原子的價層電子對數是4且含有一對孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷P原子雜化形式，層與層之間的相互作用為范德華力；

(4)根據GaAs的熔點和熔融狀態不導電分析判斷晶體的類型；根據晶胞結構圖，As原子位于晶胞的頂點和面心，判斷每個As原子周圍最近的As原子數目；Ga原子最外層有3個電子，As原子最外層有5個電子，該晶胞中每個Ga原子和4個As原子形成化學鍵，其中一個為配位鍵，據此判斷一個CaAs晶胞中配位鍵的數目；

(5)根據均攤法計算該晶胞中As和Ga的原子個數是4，再結合晶胞中最近的As和Ga原子核間距等于晶胞體對角線長度的計算。

(1)判斷晶體、非晶體最科學的方法是X-射線衍射實驗，所以能證明紅磷是非晶體的是X-射線衍射實驗，故選D；

(2)基態As原子核外有33個電子，根據構造原理，基態As原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3；As的第五電離能與第六電離能相差顯著，是因為As失去5個電子后電子排布為[Ar]3d10，此時3d為全滿，較穩定，此時再失去一個電子較困難，所以第五電離能與第六電離能相差顯著，故答案為：[Ar]3d104s24p3；As原子最外層有五個電子，失去的第六個電子來自全滿的次外層，所需能量較高；

(3)黑磷中P原子的價層電子對數是4且含有一對孤電子對，根據價層電子對互斥理論，P原子雜化形式為sp3，層與層之間的相互作用為范德華力，故答案為：sp3；范德華力；

(4)GaAs的熔點為1238℃，且熔融狀態不導電，符合原子晶體的特征，GaAs為原子晶體；根據晶胞結構圖，As原子位于晶胞的頂點和面心，每個As原子周圍最近的As原子數目為12個；與同一個Ga原子距離最近的4個As原子構成正四面體；Ga原子最外層有3個電子，As原子最外層有5個電子，該晶胞中每個Ga原子和4個As原子形成化學鍵，其中一個為配位鍵，Ga原子位于晶胞內部，Ga原子個數是4，則一個CaAs晶胞中配位鍵的數目為4，故答案為：原子晶體；12；正四面體；4；

(5)該晶胞中As原子位于晶胞的頂點和面心，As原子個數=8×+6×=4、Ga原子位于晶胞內部，Ga原子個數是4，晶胞的質量=g，則晶胞棱長=cm=×107 nm。晶胞中最近的As和Ga原子核間距等于晶胞體對角線長度的，晶胞中最近的As和Ga原子核間距=×××107 nm=××107n，故答案為：××107。