Question

【題目】2019年1月3日上午，嫦娥四號探測器翩然落月，首次實現人類飛行器在月球背面的軟著陸。所搭載的“玉兔二號”月球車，通過砷化鎵(GaAs)太陽能電池提供能量進行工作。回答下列問題：

(1)基態Ga原子價電子排布式__________________，核外電子占據最高能級的電子云形狀為_________；基態As原子最高能層上有_______個電子。

(2)鎵失去電子的逐級電離能(單位：kJmol1)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，砷的第一電離能比鎵_____(填“大”或“小”)。

(3)第四周期元素中，與基態As原子核外未成對電子數目相同的元素符號為__________。

(4)砷化鎵可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃制得，(CH3)3Ga中Ga原子的雜化方式為______，AsH3分子的空間構型為____________。

(5)相同壓強下，AsH3的沸點______NH3(填“大于”或“小于”)，原因為__________________

(6)GaAs為原子晶體，其晶胞結構如圖所示，Ga與As以___________(填“共價鍵”或“離子鍵”)鍵合。設阿伏伽德羅常數的值為NA，該晶胞邊長為a pm，則GaAs晶體的密度為_____gcm3(列出計算式即可)。

Answer 1

【答案】4s24p1 啞鈴形(或紡錘形) 5 +1 大 V、Co sp2 三角錐形 小于 NH3與AsH3的結構相似，NH3分子間能形成氫鍵，沸點更高 共價鍵

【解析】

(1) Ga位于周期表中第4周期第ⅢA族，As位于周期表中第4周期第ⅤA族；

(2)根據電離能差值分析元素的化合價，電離能差值過大說明失去該電子較困難，同周期元素隨著原子序數增大，電負性增強，同主族元素隨著原子序數增大，電負性減小；

(3)基態As原子核外1s22s22p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3，核外未成對電子數目為3；

(4)利用價層電子對互斥模型判斷原子雜化方式；As與N同主族位于第VA族其氫化物的結構與氨氣相同；

(5) NH3分子間能形成氫鍵；

(6)GaAs為原子晶體，原子間以共價鍵結合；利用均攤法計算一個晶胞中含有的As、Ga原子數，通過計算晶胞體積、晶胞中As、Ga的總質量就可計算出密度。

(1)Ga為31號元素，核外有31個電子，基態鎵(Ga)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，核外電子占據最高能級為4p，電子云形狀為啞鈴形；As元素的基態原子核外電子排布式1s22s22p63d104s24p3，最高能層上有5個電子；

(2)根據Ga失去電子的逐級電離能數值，第一電離能和第二電離能差值較大，且第三電離能和第四電離能數值差別較大，說明失去第二個電子和失去第四個電子較困難，所以呈現的價態是+1和+3；Ga、As是同一周期的元素，一般情況下，同一周期的元素，原子序數越大，元素的非金屬性越強，其電負性越大，所以電負性As＞Ga；

(3)基態As原子核外1s22s22p63d104s24p3或[Ar]3d104s24p3，核外未成對電子數目為3，第四周期元素中，基態V原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，基態Co原子核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d74s2，以上兩種元素核外未成對電子數目都為3；

(4)(CH3)3Ga中Ga形成3個σ鍵，沒有孤電子對，所有Ga原子的雜化方式為sp2雜化；As與N同主族位于第VA族，其氫化物的結構與氨氣相同，則AsH3分子的空間構型為三角錐形；

(4)N原子半徑較小，電負性較大，對應的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；

(6)GaAs為原子晶體，原子間以共價鍵結合，利用均攤法計算一個晶胞中含有的As、Ga原子數，As:8×18+6×12=4，Ga:4×1=4，即一個晶胞中含有4個GaAs；晶胞的質量m=g，晶胞的體積V=(apm)3=(a×10-10cm)3=a3×10-30cm3，則晶胞的密度===。