Question

【題目】鎵(Ga)、鍺(Ge)、硅(Si)、硒(Se)的單質及某些化合物如砷化鎵、磷化鎵等都是常用的半導體材料，應用于航空航天測控、光纖通訊等領域。回答下列問題：

(1)硒常用作光敏材料，基態硒原子的核外電子排布式為[Ar]_______；與硒同周期的p區元素中第一電離能大于硒的元素有_____種；SeO3的空間構型是_______。

(2)根據元素周期律，原子半徑Ga ___As，第一電離能Ga _____As。(填“大于”或“小于”)

(3)水晶的主要成分是二氧化硅，在水晶中硅原子的配位數是______，硅與氫結合能形成一系列的二元化合物SiH4、Si2H6等，與氯、溴結合能形成SiCl4 、SiBr4,上述四種物質的沸點由高到低的順序為__________，丁硅烯(Si4H8)中σ鍵與π鍵個數之比為___。

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，熔點如下表所示，分析其變化原因___。

(5)GaN晶體結構如圖所示。已知六棱柱底邊邊長為a cm，阿伏加德羅常數的值為NA。

①晶體中Ga原子采用六方最密堆積方式，每個Ga原子周圍距離最近的Ga原子數目為_____。

②從GaN晶體中“分割”出的平行六面體如圖所示。若該平行六面體的體積為cm3，GaN晶體的密度為____g/cm3(用a、NA表示)。

Answer 1

【答案】 3 平面三角形 > < 4 11:1 結構相似的前提下，原子晶體的熔沸點與成鍵原子的半徑呈反比，原子半徑大小為N<P<As，因此GaN的熔點最高，GaAs的熔點最低 12

【解析】

（1）按要求畫出硒原子的核外電子排布式即可，同一周期中，元素的第一電離能隨著原子序數增大而呈增大趨勢，但第VA族元素第一電離能大于相鄰元素；氣態分子中Se原子孤電子對數為0，價層電子對數為3，因此為平面三角形；

（2）同周期主族元素的原子半徑隨原子序數的遞增而逐漸減小，據此來分析即可；

（3）二氧化硅中1個硅原子結合4個氧原子，同時每個氧原子結合2個硅原子，對于分子晶體來講，相對分子質量越大，分子間作用力越強，沸點越高；

（4）原子晶體中各原子之間是靠共價鍵形成的，在成鍵數相同的情況下，共價鍵的強度受成鍵原子的半徑大小影響，半徑越小則鍵能越大，N、P、As同屬第VA族，因此三種物質的結構相似，而原子半徑大小為N<P<As，因此GaN的熔點最高，GaAs的熔點最低；

（5）從六方晶胞的面心原子分析，上、中、下分別有3、6、3個配位原子，故配位數為12，接下來分析其化學式，位于晶胞頂點的原子為6個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為，位于晶胞面心的原子為2個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為，位于晶胞側棱的原子為3個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為，位于晶胞底面上的棱棱心的原子為4個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為，位于晶胞體心的原子為1個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1，因此該結構為，再根據體積來計算密度即可。

（1）硒是34號元素，其核外電子排布式為，根據分析可知同周期中只有As、Br、Kr三種元素的第一電離能大于硒，而的結構為平面三角形；

（2）同周期主族元素的原子半徑隨原子序數的遞增而逐漸減小，因此鎵原子的半徑大于砷原子，砷原子處于第VA族，其4p軌道處于半充滿的穩定狀態，第一電離能較大，因此砷原子的第一電離能大于鎵原子；

（3）根據分析，水晶晶體中硅原子的配位數為4，幾種分子晶體的熔沸點可以按照相對分子質量的大小來排列，因此沸點有：，丁硅烯的結構與丁烯類似，分子中有8個鍵，1個雙鍵，2個鍵，因此分子中的σ鍵與π鍵的數個數之比為11:1；

（4）原子晶體中各原子之間是靠共價鍵形成的，在成鍵數相同的情況下，共價鍵的強度受成鍵原子的半徑大小影響，半徑越小則鍵能越大，N、P、As同屬第VA族，因此三種物質的結構相似，而原子半徑大小為N<P<As，因此GaN的熔點最高，GaAs的熔點最低；

（5）①從六方晶胞的面心原子分析，上、中、下分別有3、6、3個配位原子，故鎵原子的配位數為12；

②根據分析得出化學式為，質量為，該六棱柱的底面為正六邊形，邊長為a cm，底面的面積為6個邊長為a cm的正三角形面積之和，因此該底面的面積為，高為2倍的正四面體高，因此體積為，代入密度公式有。