Question

15．ⅢA族的硼、鋁、鎵、銦、鉈等元素在化合物中通常表現出+3價，含ⅢA族元素的化合物在研究和生產中有許多重要用途．請回答下列問題．
（1）基態B原子核外電子排布式1s²2s²2p¹，在BF₃分子中中心原子B的軌道雜化方
式sp²雜化．
（2）氯化鋁（AlCl₃）為無色透明晶體或白色而微帶淺黃色的結晶性粉末，密度2.44g/cm³，熔點190℃（2.5大氣壓），沸點182.7℃，在177.8℃升華，氯化鋁的蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態時，都以共價的二聚成Al₂Cl₆形式存在，則氯化鋁屬于分子晶體（填所屬晶體類型）
（3）砷化鎵屬于第三代半導體，它能直接將電能轉變為光能，砷化鎵燈泡壽命是普通燈泡的100倍，而耗能只有其中10%，推廣砷化鎵等發光二極管（LED）照明，是節能減排的有效舉措，砷化鎵晶胞結構與金剛石相似．試回答下列問題：
①下列說法正確的是AD（填序號）．
A．砷化鎵晶胞結構中Ga原子的軌道雜化方式為sp³
B．第一電離能：As＜Ga
C．電負性：As＜Ga
D．砷和鎵都屬于p區元素
②砷化鎵是將（CH₃）₃Ga和AsH₃用MOCVD方法制備得到，該反應在700℃進行，反應的方程式為（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄．
（4）鉈化鈉的晶胞結構如圖，該物質化學式為NaTl．已知該晶體是立方晶系，Na、Tl最近距離為a pm，寫出計算該晶體的密度$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$ g/cm³．（已知阿佛加德羅常數：N_A•mol^-1）

Answer 1

分析 （1）B原子核外電子數為5，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；BF₃分子中B原子形成3個B-F鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為3；
（2）氯化鋁的熔沸點比較低，易溶液非金屬性溶解，應屬于分子晶體；
（3）①A．砷化鎵晶胞結構與金剛石相似，Ga原子周圍有4個As原子，雜化軌道數目為4；
B．同周期元素從左到右第一電離能呈增大趨勢，ⅡA、ⅤA族高于同周期相鄰元素的；
C．同周期元素從左到右電負性逐漸增大；
D．As、Ga分別處于VA族、ⅢA族，處于p區元素；
②砷化鎵可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反應制得，根據原子守恒可知還生成CH₄；
（4）根據均攤法計算晶胞中Na、Tl原子數目，確定化學式，計算晶胞質量，晶胞體內小立方體體心黑色球與小立方體頂點白色球之間距離最近，則晶胞體對角線長度為4a pm，故晶胞棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）B原子核外電子數為5，核外電子排布式為1s²2s²2p¹；BF₃分子中B原子形成3個B-F鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為3，B原子采取sp²雜化，
故答案為：1s²2s²2p¹；sp²雜化；
（2）氯化鋁的熔沸點比較低，易溶液非金屬性溶解，應屬于分子晶體，
故答案為：分子；
（3）①A．砷化鎵晶胞結構與金剛石相似，Ga原子周圍有4個As原子，雜化軌道數目為4，Ga原子的軌道雜化方式為sp³，故A正確；
B．同周期元素從左到右第一電離能呈增大趨勢，ⅡA、ⅤA族高于同周期相鄰元素的則第一電離能：As＞Ga，故B錯誤；
C．同周期元素從左到右電負性逐漸增大，則電負性：As＞Ga，故C錯誤；
D．As、Ga分別處于VA族、ⅢA族，處于p區元素，故D正確，
故選：AD；
②反應物為（CH₃）₃Ga和AsH₃，生成物為GaAs，根據原子守恒可知還應生成CH₄，反應的化學方程式為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄，
故答案為：（CH₃）₃Ga+AsH₃$\stackrel{700℃}{→}$GaAs+3CH₄；
（4）根據晶胞結構圖可知，在晶胞的每個棱邊的中點上各有一個鈉離子，體心上也有一個鈉離子，在由三個相鄰的棱邊中點和體心構成的互不相鄰的四個正四面體的中心也有一個鈉離子，這樣將所有鈉離子連起來，結構與金剛石的結構相似，根據均攤法，晶胞中含有的T1的原子數為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$+4=8、Na的個數為12×$\frac{1}{4}$+1+4=8，所以該晶胞中鈉離子和鉈離子個數為8：8=1：1，所以其化學式為NaTl；
晶胞質量為8×$\frac{23+204}{{N}_{A}}$g，晶胞體內小立方體體心黑色球與小立方體頂點白色球之間距離最近，則晶胞體對角線長度為4a pm，故晶胞棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$ pm，則晶胞密度為：8×$\frac{23+204}{{N}_{A}}$g÷（$\frac{4a}{\sqrt{3}}$×10^-10 cm）³=$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$g．cm^-3，
故答案為：NaTl；$\frac{681\sqrt{3}}{8×1{0}^{-30}×{N}_{A}×{a}^{3}}$．

點評 本題考查是度物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、晶體類型與性質、電離能、電負性、晶胞計算等，（4）中為難點、易錯點，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，關鍵是確定處于最近位置的Tl、Na原子計算晶胞棱長．