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As原子的價電子排布圖為____________，基態Ga原子核外有________個未成對電子。

(2)鎵失去電子的逐級電離能(單位：kJmol-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)1918年美國人通過反應：HC≡CH+AsCl3CHCl=CHAsCl2制造出路易斯毒氣。在HC≡CH分子中σ鍵與π鍵數目之比為________；AsCl3分子的空間構型為___________。

(4)砷化鎵可由(CH3)3Ga和AsH3在700℃制得，(CH3)3Ga中碳原子的雜化方式為_______

(5)GaAs為原子晶體，密度為ρgcm-3，其晶胞結構如圖所示， Ga與As以_______鍵鍵合。Ga和As的原子半徑分別為a pm和b pm，設阿伏伽德羅常數的值為NA，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為_______________(列出計算式，可不化簡)。

Answer 1

【答案】） 1 +1 大 3:2 三角錐形 sp3 共價 ×100%

【解析】

(1)As為33號元素，基態As原子的核外價電子為其4s能級上2個電子、4p能級上3個電子，基態Ga原子核外4p能級上有1個電子；

(2)根據電離能知，失去1個或3個電子時電離能發生突變，由此可推知鎵的主要化合價，同一周期元素電負性隨著原子序數增大而增大；

(3)共價單鍵為σ鍵、共價三鍵中含有一個σ鍵、兩個π鍵；根據價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數計算結合價層電子對互斥理論判斷空間構型；

(4)根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化類型；

(5)根據GaAs為原子晶體判斷Ga和As原子之間的作用力；根據均攤法計算該晶胞中Ga、As原子個數，計算晶胞的質量和體積，再根據晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率=×100%計算。

(1)基態As原子的核外價電子為其4s能級上2個電子、4p能級上3個電子，所以其價電子排布式為，基態Ga原子核外4p能級上有1個電子，則Ga未成對電子數是1，故答案為：；1；

(2)根據鎵失去電子的逐級電離能知，失去1個或3個電子電離能突變，由此可推知鎵的主要化合價為+1和+3，同一周期元素電負性隨著原子序數增大而增大，二者位于同一周期且原子序數Ga＜As，則電負性As比Ga大，故答案為：+1；大；

(3)共價單鍵為σ鍵、共價三鍵中含有一個σ鍵、兩個π鍵，因此乙炔分子中含有3個σ鍵、2個π鍵，則σ鍵、π鍵個數之比為3∶2；AsCl3分子中As原子價層電子對個數=3+=4，含有一個孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷空間構型為三角錐形，故答案為：3∶2；三角錐形；

(4)(CH3)3Ga中碳原子價層電子對個數是4，根據價層電子對互斥理論判斷C原子雜化類型為sp3，故答案為：sp3；

(5)GaAs為原子晶體，Ga和As原子之間以共價鍵鍵合；該晶胞中Ga原子個數是4、As原子個數=8×+6×=4，所以其化學式為GaAs，該晶胞體積==cm3，該晶胞中所有原子體積=4×π[(a×10-10)3+(b×10-10)3]cm3=4×π×10-30×(a3+b3)cm3，GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率=×100%= ×100%，故答案為：共價； ×100%。