Question

【題目】國慶70周年閱兵式展示了我國研制的各種導彈。導彈之所以有神奇的命中率，與材料息息相關，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）硒常用作光敏材料，基態硒原子的核外電子排布式為[Ar]__。

（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__。

（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：__。

晶體	GaN	GaP	GaAs
熔點/℃	1700	1480	1238

（5）GaN晶胞的結構如圖1所示。已知六棱柱底邊邊長為acm，阿伏加德羅常數的值為NA。

①晶胞中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2。若該平行六面體的體積為a3cm3，則GaN晶體的密度為__(用含a、NA的代數式表示)g·cm-3。

Answer 1

【答案】3d104s24p4 大于 小于 4 原子半徑N＜P＜As，鍵長Ga—N＜Ga—P＜Ga—As，鍵能Ga—N＞Ga—P＞Ga—As，故CaN、GaP、GaAs的熔點逐漸降低 12

【解析】

(1)基態硒原子序數為34，根據構造原理寫出其核外電子排布式；

(2)同一周期中從左到右，原子半徑逐漸減小，同一周期從左到右，元素的第一電離能有增大趨勢，但IIA、VA族第一電離能大于同周期相鄰元素；

(3)二氧化硅晶體中含有“SiO4”結構單元，1個Si原子結合4個O原子，同時每個O原子結合2個Si原子；

(4)原子晶體中，原子半徑越大，共價鍵鍵長越長，共價鍵越弱，鍵能越小，晶體的熔點越低；

(5)①晶胞中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12；

②均攤法計算晶胞(平行六面體)中Ga、N原子數目，計算原子總質量，根據晶體密度=晶胞質量÷晶胞體積。

(1)Se是34號元素，位于第四周期ⅥA族，核外電子排布式為[Ar]3d104s24p4；

(2)根據元素周期律，Ga與As位于同一周期，Ga原子序數小于As，故原子半徑Ga大于As，同周期第一電離能變化趨勢是從左到右增大，故第一電離能Ga小于As；

(3)水晶中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，所以水晶是以[SiO4]四面體向空間延伸的立體網狀結構，水晶中硅原子的配位數為4；

(4)原子半徑N＜P＜As，鍵長Ga—N＜Ga—P＜Ga—As，鍵能Ga—N＞Ga—P＞Ga—As，故GaN、GaP、GaAs的熔點逐漸降低；

(5)從六方晶胞的面心原子分析，上、中、下層分別有3、6、3個配位原子，故配位數為12。六方晶胞中原子的數目往往采用均攤法：①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；②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；③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；④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。GaN晶胞中Ga原子個數為，N原子個數為，所以該晶胞化學式為Ga6N6，質量為g，該六棱柱的底面為正六邊形，邊長為acm，底面的面積為6個邊長為acm的正三角形面積之和，根據正三角形面積的計算公式，該底面的面積為，由圖2可知六棱柱的高為，所以晶胞的體積為，密度為gcm3。