Question

【題目】以氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)為代表的第三代半導體材料目前已成為全球半導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)基態鎵原子的價電子排布式為___。

(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，GaCl3、GaBr3、GaI3的熔、沸點依次升高，分析其變化原因：__。

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)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，該反應在700℃進行，反應的方程式為：___。

②反應物AsH3分子的幾何構型為__，(CH3)3Ga中鎵原子雜化方式為__。

(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，As的配位數為__，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】4s24p1 +1 大 GaCl3、GaBr3、GaI3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 (CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4 三角錐形 sp2 4

【解析】

(1)基態鎵原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，則其價電子排布式為4s24p1。答案為：4s24p1；

(2)鎵的第一電離能比第二電離能要小得多，由此可推知鎵的主要化合價為+1價。砷的價電子排布式為4s24p3，鎵的價電子排布式為4s24p1，則二者同周期且砷在鎵的右邊，電負性砷大。答案為：大；

(3)鎵的鹵化物的熔點都比較低，則應形成分子晶體，GaCl3、GaBr3、GaI3的沸點依次升高，其變化原因是GaCl3、GaBr3、GaI3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。答案為：GaCl3、GaBr3、GaI3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的相對分子質量最小，但其熔點超過1000℃，則不適合用分子晶體解釋，可能的原因是GaF3為離子晶體。答案為：GaF3為離子晶體；

(4)①在700℃時，(CH3)3Ga和AsH3反應，生成GaAs等，反應的方程式為(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4。答案為：(CH3)3Ga+AsH3GaAs+3CH4；

②反應物AsH3分子的幾何構型與NH3類似，則為三角錐形，(CH3)3Ga中鎵原子的價層電子對數為3，且無孤對電子，由此可得出雜化方式為sp2。答案為：三角錐形；sp2；

(5)從晶胞結構圖中可以看出，As周圍有4個Ga原子，則配位數為4。1個晶胞中含有4個GaAs，由此可求出1個晶胞的質量，再由晶胞參數，即可求出晶胞的體積，從而求出晶體的密度為= g·cm-3。

答案為：4；。