Question

【選修3--物質結構與性質】
砷化鎵（GaAs）屬于第三代半導體，用它制造的燈泡壽命是普通燈泡的100倍，而耗能只有其10%．推廣砷化鎵等發光二極管（LED）照明，是節能減排的有效舉措．請回答下列問題：
（1）寫出As基態原子的價電子排布式：

 

．
（2）As的第一電離能比Ga的

 

（填“大”或“小”，下同），As的電負性比Ga的

 

．
（3）比較As的簡單氫化物與同族第二、三周期元素所形成的簡單氫化物的沸點，并說明理由：

 

．
（4）GaAs的晶體結構與單晶硅相似，在GaAs晶體中，每個Ga原子與

 

個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為

 

．在四大晶體類型中，GaAs屬于

 

晶體．
（5）砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應制得，此反應的化學方程式為

 

；已知（CH₃）₃Ga為非極性分子，則其中鎵原子的雜化軌道類型為

 

．

Answer 1

分析：（1）As是35號元素，屬于主族元素，其最外層電子就是其價電子；
（2）同一周期元素中，元素的電負性隨著原子序數的增大而增大，第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大趨勢，但第VA族元素第一電離能大于相鄰元素；
（3）同一主族元素中，氫化物的沸點隨著相對分子質量的增大而增大，但含有氫鍵的氫化物的沸點較大；
（4）GaAs的晶體結構與單晶硅相似，在GaAs晶體中，每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體；根據其構成微粒確定晶體類型；
（5）根據元素守恒確定另外一種生成物，根據反應物、生成物和反應條件寫出反應方程式；
根據（CH₃）₃Ga中鎵原子含有的價電子對個數確定其雜化類型．

解答：解：（1）As是35號元素，屬于主族元素，其最外層電子就是其價電子，所以As基態原子的價電子排布式：4s²4p³，故答案為：4s²4p³；
（2）同一周期元素中，元素的電負性隨著原子序數的增大而增大，第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大趨勢，但第VA族元素第一電離能大于相鄰元素，Ga屬于第IVA族、As屬于第VA族，所以As的第一電離能比Ga的大，As的電負性比Ga的大，
故答案為：大；大；
（3）氨氣分子間形成氫鍵，氫鍵的存在導致氨氣的沸點最高，砷化氫的相對分子質量大于磷化氫，分子間作用力大，所以砷化氫的沸點比磷化氫的高，則這幾種氫化物的沸點高低順序是：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案為：NH₃＞AsH₃＞PH₃；氨氣分子間形成氫鍵，沸點最高，砷化氫的相對分子質量比磷化氫大，分子間作用力大，所以砷化氫的沸點比磷化氫高；
（4）GaAs的晶體結構與單晶硅相似，根據硅晶體結構知，在GaAs晶體中，每個Ga原子與4個As原子相連，與同一個Ga原子相連的As原子構成的空間構型為正四面體，GaAs的晶體結構和硅晶體相似，則晶體類型相似，所以GaAs屬于原子晶體，故答案為：4；正四面體；原子；
（5）根據元素守恒知，另外一種生成物是CH₄，根據反應物、生成物及反應條件知，其反應方程式為：（CH₃）₃Ga+AsH₃

700℃  .

GaAs+3CH₄，
 （CH₃）₃Ga為非極性分子，（CH₃）₃Ga中Ga形成3個δ鍵，沒有孤電子對，為sp²雜化，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃

700℃  .

GaAs+3CH₄；sp²．

點評：本題考查了原子結構和性質，涉及晶體類型的判斷、分子空間結構類型的判斷、原子雜化方式的判斷、電負性和第一電離能大小規律等知識點，這些都是考試熱點，要重點掌握．