Question

18．以氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體材料目前已成為全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)．回答下列問(wèn)題：
（1）鎵為元素周期表第31號(hào)元素，鎵原子價(jià)層電子排布圖為．
（2）氮所在主族中第一電離能最大的元素是N（填元素符號(hào)，下同），鎵所在主族中電負(fù)性最大的元素是B．
（3）傳統(tǒng)的氮化鎵制備方法是采用GaCl₃與NH₃在一定條件下反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為GaCl₃+NH₃=GaN+3HCl．
（4）氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，氮化鎵中氮原子與鎵原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合，氮化鎵屬于原子晶體晶體．
（5）如圖是氮化鎵的晶胞模型：
①氮化鎵中鎵原子的雜化方式為sp³，氮原子的配位數(shù)為4．
②氮化鎵為立方晶胞，氮化鎵的密度為d g/cm³．列出計(jì)算氮化鎵晶胞邊長(zhǎng)a的表達(dá)式：a=$\root{3}{\frac{168}{ρ•{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)鎵原子序數(shù)，寫(xiě)出核外電子排布式，找出價(jià)電子，從而寫(xiě)出其基態(tài)時(shí)的價(jià)層電子排布圖；
（2）根據(jù)元素周期律，同主族元素從個(gè)向下，第一電離能逐漸減小，電負(fù)性逐漸減小，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物，利用元素守恒寫(xiě)出化學(xué)方程式；
（4）利用該晶體與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，而金剛石中碳原子通過(guò)共價(jià)鍵相互作用形成了原子晶體，據(jù)此答題；
（5）①根據(jù)其形成的共價(jià)鍵數(shù)目判斷雜化方式，觀察晶胞結(jié)構(gòu)圖判斷配位數(shù)；
②利用密度求出晶胞的體積，再求得晶胞邊長(zhǎng)．

解答 解：（1）鎵原子序數(shù)為31，所以其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s³3p⁶3d¹⁰4s²4p¹，最外層電子為價(jià)電子，價(jià)電子排布式為：4s²4p¹，即4s軌道有一對(duì)自旋相反的電子，4p軌道只有一個(gè)電子，
故答案為：；
（2）第一電離能同主族從上到下，越來(lái)越小，N元素為該主族最上面的元素，第一電離能最大；電負(fù)性從上到下，越來(lái)越小，鎵所在族最上面的元素為B，
故答案為：N；B；
（3）反應(yīng)物為NH₃和GaCl₃，生成物為GaN，不難判斷出另一種產(chǎn)物為HCl，根據(jù)原子守恒寫(xiě)出化學(xué)方程式，
故答案為：GaCl₃+NH₃=GaN+3HCl；
（4）由于氮化鎵與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，所以氮化鎵為原子晶體，原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合在一起，
故答案為：共價(jià)鍵、原子晶體；
（5）①根據(jù)晶胞可以看到Ga可以相鄰的四個(gè)N形成共價(jià)鍵，即Ga形成四條共價(jià)鍵，所以雜化類(lèi)型為sp³雜化；觀察晶胞結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)N原子周?chē)�距離最近的Ga數(shù)目為4，即配位數(shù)為4，故答案為：sp³；4；
②GaN晶胞中，Ga位于頂點(diǎn)和體心，所以含有Ga數(shù)為：$8×\frac{1}{8}+1$=2，N原子位于棱和體心，所以N數(shù)為：$4×\frac{1}{4}+1$=2，GaN晶胞中含有兩個(gè)GaN，晶胞邊長(zhǎng)為$\root{3}{\frac{m}{ρ}}$=$\root{3}{\frac{\frac{2×84}{{N}_{A}}}{ρ}}$=$\root{3}{\frac{168}{ρ•{N}_{A}}}$，
故答案為：$\root{3}{\frac{168}{ρ•{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，涉及核外電子排布規(guī)律、電離能、雜化理論、分子結(jié)構(gòu)、晶胞結(jié)構(gòu)，為典型習(xí)題．