Question

[化学——选修3：物质结构与性质]砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

（1）写出基态As原子的核外电子排布式________________________。

（2）根据元素周期律，原子半径Ga_____________As，第一电离能Ga____________As。（填“大于”或“小于”）

（3）AsCl₃分子的立体构型为____________________，其中As的杂化轨道类型为_________。

（4）GaF₃的熔点高于1000℃，GaCl₃的熔点为77.9℃，其原因是_____________________。

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm^-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________________,Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为M_Ga g·mol^-1和M_As g·mol^-1，原子半径分别为r_Ga pm和r_As pm，阿伏加德罗常数值为N_A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。

Answer

（1）1s22s22p63s23p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3 (2) 大于小于（3）三角锥形 sp3

（4）GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，离子晶体GaF3的熔沸点高；

（5）原子晶体；共价键

【解析】

试题分析：（1）As的原子序数是33，则基态As原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3。

（2）同周期自左向右原子半径逐渐减下，则原子半径Ga大于As，由于As的4p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，所以第一电离能Ga小于As。

（3）AsCl3分子的价层电子对数＝3＋＝4，即含有一对孤对电子，所以立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。

（4）由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高；

（5）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝。

【考点定位】考查核外电子排布、电离能、原子半径、杂化轨道、空间构型以及晶胞结构判断与计算等

【名师点睛】物质结构包括原子结构(原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大小比较、元素金属性、非金属性的强弱)、分子结构(化学键、分子的电子式、结构式、结构简式的书写、化学式的种类、官能团等)、晶体结构(晶体类型的判断、物质熔沸点的高低、影响因素、晶体的密度、均摊方法的应用等)。本题考查物质结构内容，涉及前36号元素核外电子排布式的书写、元素周期律、第一电离能规律、空间构型、杂化轨道、晶体熔点高低的判断、晶体类型、以及晶胞的计算等知识，这部分知识要求考生掌握基础知识，做到知识的灵活运用等，考查了学生综合运用所学化学知识解决相关化学问题的能力。只有掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题。