Question

【題目】新型鈣鈦礦型太陽能電池以其穩(wěn)定、高效、便宜和便于制造等優(yōu)點(diǎn)被科學(xué)家所青睞。這種鈣鈦礦型太陽能電池材料為層狀結(jié)構(gòu)。具體如圖1所示。

(1)基態(tài)Ti原子的電子排布式為____；同周期的基態(tài)原子與其未成對電子數(shù)相同的元素還有________種。

(2)光敏鈣鈦礦的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示。

①寫出與CH3NH3+互為等電子體的一種分子的化學(xué)式：__，C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>____（用元素符號表示），CH3NH3+中含有的化學(xué)鍵類型有____。

②光敏鈣鈦礦的化學(xué)式為________；每個(gè)CH3NH3+周圍最近且等距離的Br-數(shù)目為__。

③若該光敏鈣鈦礦的摩爾質(zhì)量為M g·mol-1，晶胞參數(shù)為anm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則該晶體的密度為____ g．cm-3（用含M、a、NA的代數(shù)式表示）。

(3)石墨炔的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中碳原子的軌道雜化類型是 _____ ，36 g石墨炔中含有σ鍵的數(shù)目為____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 3 CH3CH3 N>O>C 共價(jià)鍵，配位鍵 PbCH3NH3Br3 12 sp2、sp 3.5NA

【解析】

（1）Ti是22號元素，根據(jù)構(gòu)造原理寫出基態(tài)Ti原子的電子排布式；Sc原子的未成對電子數(shù)為2，根據(jù)核外電子排布規(guī)律尋找同周期中未成對電子數(shù)為2的其它元素；

（2）①與CH3NH3+互為等電子體的一種分子可以用C原子替換N原子與1個(gè)單位正電荷，為：CH3CH3；同周期隨原子序數(shù)增大，原子半徑逐漸減小，第一電離能呈增大趨勢，N元素的2p能級為半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，失去第一個(gè)電子需要的能量更高，故第一電離能最高；CH3NH3+中含有的化學(xué)鍵類型有共價(jià)鍵，配位鍵；

②根據(jù)均攤法，計(jì)算晶胞中CH3NH3+、Pb2+、Br-的數(shù)目，進(jìn)而判斷化學(xué)式；頂點(diǎn)的CH3NH3+與面心Br-距離最近，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，故每個(gè)CH3NH3+周圍最近且等距離的Br-數(shù)目為12；

③根據(jù)上一問計(jì)算的微粒數(shù)，先計(jì)算晶胞的質(zhì)量g，再計(jì)算晶體密度；

（3）判斷C原子的價(jià)層電子對數(shù)，從而判斷其雜化方式；石墨炔的晶胞中，每有1個(gè)取sp2雜化的碳原子，就有2個(gè)sp雜化的碳原子，則根據(jù)均攤法，可得每3個(gè)碳原子形成2+0.5+0.5+0.5=3.5個(gè)σ鍵，再計(jì)算36g石墨炔的碳原子物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算含有σ鍵的數(shù)目。

（1）Ti是22號元素，基態(tài)Ti原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；Sc原子的未成對電子數(shù)為2，同周期，基態(tài)原子與其未成對電子數(shù)相同，則元素原子的價(jià)電子排布式為3d84s2、4s24p2、4s24p4，共有3種；

故答案為：1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；3；

（2）①與CH3NH3+互為等電子體的一種分子可以用C原子替換N原子與1個(gè)單位正電荷，該等電子體分子為：CH3CH3；同周期隨原子序數(shù)增大，原子半徑逐漸減小，第一電離能呈增大趨勢，N元素的2p能級為半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，失去第一個(gè)電子需要的能量更高，故第一電離能最高，第一電離能為：N>O>C；CH3NH3+中含有的化學(xué)鍵類型有共價(jià)鍵，配位鍵；

故答案為：CH3CH3；N>O>C；共價(jià)鍵，配位鍵；

②晶胞中，CH3NH3+數(shù)目為，Pb2+數(shù)目為1，Br-數(shù)目為，則化學(xué)式為PbCH3NH3Br；

頂點(diǎn)的CH3NH3+與面心Br-距離最近，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，故每個(gè)CH3NH3+周圍最近且等距離的Br-數(shù)目為12；

故答案為：PbCH3NH3Br3；12；

③晶胞質(zhì)量為g，晶體密度為；

故答案為：；

（3）六元環(huán)上碳原子形成3個(gè)σ鍵，而碳碳三鍵中碳原子形成2個(gè)σ鍵，且均無孤電子對，則C原子的價(jià)層電子對數(shù)分別為3、2，分別采取sp2、sp雜化；石墨炔的晶胞中，每有1個(gè)取sp2雜化的碳原子，就有2個(gè)sp雜化的碳原子，則根據(jù)均攤法，可得每3個(gè)碳原子形成2+0.5+0.5+0.5=3.5個(gè)σ鍵，36g石墨炔含有碳原子為，故含有σ鍵的數(shù)目為3.5NA；

故答案為：sp2、sp；3.5NA。,