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。回答下列問題：

(1)基態硒原子的核外電子排布式為[Ar]__________，核外電子占據的最高能層的符號是________________。

(2)砷與鍺、硒是同周期主族元素，該三種元素的第一電離能由大到小的順序為_______________________。

(3)單晶鍺具有金剛石結構，其原子之間存在的作用力為__________________。

(4)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，上述四種物質沸點由高到低順序為_______________，丁硅烯(Si4H8)中鍵與鍵個數之比為______________。

(5)已知GaCl3的熔點77. 9 °C ，沸點201°C ； GeCl4的熔點 -49. 5 °C ，沸點84 °C，則GaCl3的晶體類型為______________，GaCl3的雜化軌道類型為_____________，GeCl4的空間構型為_________________。

(6)砷化稼的晶胞結構如圖所示，若該晶體密度為］則晶胞參數a =_____________cm (用NA表示阿伏加德羅常數)。

Answer 1

【答案】3d104s24p4 N As＞Se＞Ge 共價鍵 4 SiBr4＞SiCl4＞Si2H6＞SiH4 11：1 分子晶體 sp2 正四面體

【解析】

(1) Se是34號元素，處于第四周期第第ⅥA族；其最外層電子處于電子層第四層；

(2) 同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，但IIA族、VA族元素第一電離能高于相鄰元素的；

(3) 單晶鍺具有金剛石型結構，Ge原子與周圍4個Ge原子形成正四面體結構，向空間延伸的立體網狀結構，屬于原子晶體。

(4) 水晶晶體中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，以[SiO4]四面體結構向空間延伸的立體網站結構；均屬于分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越強，沸點越高；丁硅烯(Si4H8)與丁烯結構類似，分子中有8個Si-H鍵，1個Si=Si雙鍵、2個Si-Si鍵，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵；

(5)GaCl3的熔沸點很低，符合分子晶體的性質；GaCl3中Ga原子形成3個Ga-Cl鍵，沒有孤電子對，雜化軌道數目為3；GeCl4中Ge原子形成4個Ge-Cl鍵，沒有孤電子對，價層電子對數為4，微粒空間構型與VSEPR模型相同；

(6)均攤法計算晶胞中As、Ga原子數目，結合密度計算晶胞體積，晶胞體積開三次方可得晶胞參數。

(1) Se是34號元素，處于第四周期第ⅥA族，核外電子排布式為：[Ar]3d104s24p4 ；其最外層電子處于電子層第四層，則核外電子占據的最高能層的符號是N；

(2) 同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，但IIA族、VA族元素第一電離能高于相鄰元素的，故第一電離能為：As＞Se＞Ge；

(3) 單晶鍺具有金剛石型結構，Ge原子與周圍4個Ge原子形成正四面體結構，向空間延伸的立體網狀結構，屬于原子晶體，Ge原子之間形成共價鍵；

(4) 水晶晶體中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，以[SiO4]四面體結構向空間延伸的立體網站結構，水晶的晶體中硅原子的配位數為4；均屬于分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越強，沸點越高，故沸點：SiBr4＞SiCl4＞Si2H6＞SiH4；丁硅烯(Si4H8)與丁烯結構類似，分子中有8個Si-H鍵，1個Si=Si雙鍵、2個Si-Si鍵，單鍵為σ鍵，雙鍵含有1個σ鍵、1個π鍵，分子中σ鍵與π鍵個數之比為11：1；

(5)GaCl3的熔沸點很低，屬于分子晶體；GaCl3中Ga原子形成3個Ga-Cl鍵，沒有孤電子對，雜化軌道數目為3，雜化方式為sp2雜化；GeCl4中Ge原子形成4個Ge-Cl鍵，沒有孤電子對，價層電子對數為4，微粒空間構型與VSEPR模型相同，即空間構型為正四面體；

(6)晶胞中黑色球數目為4、白色球數目為8×+6×=4，則晶胞質量=4×g，故晶胞體積=4×g÷ρgcm-3=cm3，故晶胞參數=cm。