Question

【題目】第一代半導體材料(Si、Ge等)與第二代半導體材料(GaAs、InSb等)一起，將人類推進了信息時代。近年來，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料的出現，開辟了人類資源和能源節約型社會的新發展，也成為了科學家研究的熱點。

（1）N、P、AS位于同一主族，基態氮原子的核外共有___種不同運動狀態的電子，N2O的空間構型為_______。

（2）酞菁鈷近年來在光電材料、非線性光學材料、光動力學中的光敏劑、催化劑等方面得到廣泛的應用，其結構如圖所示，中心離子為鈷離子。酞菁鉆中碳原子的雜化軌道類型為___；與鈷離子通過配位健結合的氮原子的編號是_______。

（3）C與N處于同周期相鄰元素，C形成的一種重要物質可燃冰是天然氣水合物，具有籠形結構如圖A(表面的小球是水分子，內部的大球是甲烷分子)。圖A中最小的環中連接的原子總數是_______。可燃冰晶體具有多種籠狀結構，其中一種由1個圖A所示籠分別用2個面與另外兩個相同的籠共面而成，則中間籠實際占有____個水分子。

（4）已知PH3分子的鍵角約為94%，而AsH3分子的鍵角約為91.8°，試用價層電子對互斥理論解釋PH3的鍵角比AsH3的鍵角大的原因________________。

（5）第三周期主族元素中，按第一電離能大小排序，第一電離能在磷和鋁之間的元素有____。

（6）氮化硼、氮化鋁、氮化鎵的結構類似于金剛石，熔點如表中所示；試從結構的角度分析它們熔點不同的原因__________________。

物質	BN	AIN	GaN
熔點/℃	3000	2200	1700

（7）磷化鋁晶胞如圖所示，若兩個鋁原子之間的最近距離為dpm，NA代表阿伏加德羅常數的值，則磷化鋁晶體的密度p=_____g/cm3。

Answer 1

【答案】 7 直線形 sp2 1、3 10 15 P原子半徑比As原子半徑小，PH3分子中成鍵電子對間的距離較近，斥力更大 Mg、Si、S 氮化硼、氮化鋁、氮化鎵都是原子晶體，鍵長依次增大，鍵能依次降低，熔點依次降低

【解析】（1）考查原子運動狀態的判斷、以及空間構型，N原子核外有7個電子，即核外有7種不同運動狀態的電子；如果以O為中心，有2個σ鍵，孤電子對數(6－2×3)/2=0，價層電子對數為2，因此N2O的空間構型為直線型；（2）考查雜化類型的判斷和配位鍵形成，根據結構簡式，C原子有3個σ鍵，無孤電子對，因此C的雜化類型為sp2；N最外層有5個電子，形成3個共價鍵達到穩定結構，2、4號N原子正好有3個共價鍵，因此無配位鍵，1、3號N原子有4個化學鍵，說明各有1個配位鍵，即能與鈷離子通過配位鍵結合的氮原子的編號是1、3；（3）考查微粒個數的判斷，表面的小球是水分子，水分子間通過分子間氫鍵連接到一起，圖A中最小的環中連接的原子總數是10，可燃冰晶體具有多種籠狀結構期中一種由1個圖A所示籠分別用2個面與另外兩個相同的籠共面而成，即中間籠有10個水分子不分攤，兩個面與另外籠共面，名為正五邊形，5個水分子，則實際占有10＋5×2×1/2=15個水分子；（4）考查價層電子對互拆理論，PH3和AsH3，中心原子都有1個孤電子對，P原子半徑比As原子半徑小，PH3分子中成鍵電子對間的距離較近，斥力更大；（5）考查第一電離能的規律，同周期從左向右第一電離能增大，但IIA>IIIA，VA>VIA，因此介于P和Al之間的元素是Mg、Si、S；（6）三種物質的結構類似于金剛石，因此氮化硼、氮化鋁、氮化鎵屬于原子晶體，原子晶體熔沸點高低判斷，利用半徑大小進行，半徑大小B<Al<Ga，因此鍵長依次增大，鍵能依次降低，熔點依次降低；（7）考查晶胞的計算，Al位于頂點和面心，實際占有Al的個數為8×1/8＋6×1/2=4，P位于晶胞內部，個數為4，化學式為AlP，晶胞的質量為4×58/NAg，兩個鋁原子之間最近的距離是面對角線的一半，根據勾股定理，求出邊長為pm，在晶胞的體積為()3×10－30cm3，根據密度的定義，該晶胞的密度為g/cm3。