Question

【題目】太陽能電池可分為：硅太陽能電池，化合物太陽能電池，如砷化鎵(GaAs)、銅銦鎵硒(CIGS)、硫化鎘(CdS)，功能高分子太陽能電池等，Al-Ni常作電極。據(jù)此回答問題：

(1)鎳(Ni)在周期表中的位置為______；S原子的價電子排布式為________；Ga、As和Se的第一電離能由大到小的順序是________。

(2)Na3As3中As原子的雜化方式為_____；AsCl3的空間構(gòu)型為____。

(3)GaAs熔點為1238℃，GaN熔點約為1500°，GaAs熔點低于GaN的原因為__________。

(4)寫出一種與SO42-互為等電子體的分子_________。

(5)GaAs的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，其中As原子形成的空隙類型有正八面體形和正四面體形，該晶胞中Ga原子所處空隙類型為_____。已知GaAs的密度為ρg/cm3，Ga和As的摩爾質(zhì)量分別為 MGa g/mol和MAsg/mol，則GaAs晶胞中Ga之間的最短距離為________pm。

Answer 1

【答案】第四周期第Ⅷ族 3s23p4 As>Se>Ga sp3 三角錐形 均為原子晶體，且GaN中N原子半徑小，Ga-N 鍵長比Ga-As短，鍵能更大，熔點更高 CCl4、SiCl4、 SiF4、 CF4(填其中一種即可) 正四面體形 ×1010

【解析】

(1)鎳是28號元素，根據(jù)構(gòu)造原理，可確定Ni、S的核外電子排布式，結(jié)合原子結(jié)構(gòu)與元素在元素周期表的位置關系確定其在周期表中的位置；一般情況下，同一周期的元素原子序數(shù)越大，元素的第一電離能就越大，但當原子核外電子處于其軌道上的全滿、半滿、全空時是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比相應原子序數(shù)大1個的VIA的元素大分析。

(2)根據(jù)As原子最外層電子數(shù)及形成化學鍵的關系分析Na3As3中As原子的雜化方式；AsCl3的空間構(gòu)型要根據(jù)成鍵電子對與孤對電子分析其空間構(gòu)型；

(3)GaAs根據(jù)微粒間的作用力與微粒半徑大小分析物質(zhì)熔點高低；

(4)根據(jù)等電子體的概念分析其相應的等電子體；

(5)根據(jù)微粒的空間構(gòu)型及相對位置分析其空間構(gòu)型，用均攤法先計算晶胞中含有的As、Ga原子數(shù)目，計算出晶胞的質(zhì)量，結(jié)合晶胞的密度可得晶胞的體積。

(1)鎳是28號元素，根據(jù)構(gòu)造原理，可確定Ni核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2，在元素在元素周期表的位置為第四周期第Ⅷ族；S原子的價電子排布式為1s22s22p4；一般情況下，同一周期的元素原子序數(shù)越大，元素的第一電離能就越大，但As原子核外最外層的4p軌道的電子處于半充滿的較穩(wěn)定狀態(tài)，比同周期原子序數(shù)大1個的VIA的Se元素大，所以Ga、As和Se的第一電離能由大到小的順序是As>Se>Ga。

(2)在Na3As3中As最外層有5個電子，形成3個共價鍵即δ鍵電子對數(shù)為3，另外還有1個孤電子對，所以As的雜化方式為sp3；AsCl3中As的價層電子對數(shù)=3+(5-1×3)=4，As原子采用sp3雜化，由于孤電子對對成鍵電子對排斥了強，所以AsCl3分子空間構(gòu)成三角錐形分子；

(3)GaAs熔點為1238℃，GaN熔點約為1500°，GaAs熔點低于GaN是因為兩種晶體均為原子晶體，且GaN中N原子半徑比Ga小，Ga-N 鍵長比Ga-As短，鍵能更大，斷裂化學鍵需要的能量大，因此熔點更高；

(4)根據(jù)等電子體的概念是原子數(shù)相同，最外層電子數(shù)也相同的微粒，則SO42-相應的等電子體是CCl4、SiCl4、 SiF4、 CF4；

(5)該晶胞中Ga原子處于與它最近的四個As原子所構(gòu)成的正四面體的幾何中心，因此Ga所處空隙類型為正四面體；在該晶胞中含有的As原子數(shù)目為：=4，含有的Ga原子數(shù)目為：1×4=4，因此該晶胞在含有4個GaAs，則晶胞的質(zhì)量為m=g，由于晶胞的密度為ρg/cm3，所以晶胞的體積為V=cm3，則晶胞的邊長L=cm=×1010pm。在該晶體在兩個Ga原子之間的距離為晶胞邊長的倍，所以兩個Ga原子之間的距離為×1010pm。