Question

【題目】鈣鈦礦（主要成分是CaTiO3)太陽能薄膜電池制備工藝簡單、成本低、效率高，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注，科學家認為鈣鈦礦太陽能電池將取代硅基太陽能電池的統(tǒng)治地位。

(1)基態(tài)鈦原子的電子排布式為______，若鈣原子核外有7種能量狀態(tài)的電子，則鈣原子處于____(填“基”或“激發(fā)”）態(tài)，氧元素所在周期第一電離能由小到大的前三種元素依次是_______。

(2)硅能形成一系列硅氫化合物，如硅烷系列：SiH4、Si2H6；硅烯系列：Si2H4、Si3H6等，其中硅烷廣泛應(yīng)用于微電子、制造太陽能電池。

①上述分子中硅原子存在sp2雜化的是____，屬于正四面體的是_____。

②硅烷鏈長度遠小于烷烴，最可能的原因是______，硅烷同系物熔、沸點的變化規(guī)律可能是________.

(3) CaTiO3的晶胞為立方晶胞，結(jié)構(gòu)如下圖所示：

則與A距離最近且相等的X有___個，M的坐標是_____；若晶胞參數(shù)是r pm, NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶體的密度是_____g/cm3。

Answer 1

【答案】[Ar]3d24s2 激發(fā) Li<B<Be Si2H4、Si3H6 SiH4 原子半徑Si>C，Si-Si長度大于C-C，鍵能較小，鍵的穩(wěn)定性較差，不利于形成長鏈 隨著相對分子質(zhì)量的增大而升高 12 （,,）

【解析】

(1)鈦是22號元素。從左到右，第一電離能增大；

(2)硅原子最外層有4個電子，乙硅烯、丙硅烯分子中，均有硅原子形成了3個σ鍵；

(3)觀察晶胞圖知，頂點A緊鄰等距離最近的X位于晶胞的三個平面，即橫平面、正平面和側(cè)平面，將每個平面擴展，則每個平面中距離A最近的X均有4個，故共有3×4=12個。

(1)鈦是22號元素，電子排布式為[Ar]3d24s2。基態(tài)鈣原子的20個電子分占6個不同的能級，即電子有6種能量狀態(tài)，現(xiàn)在有7種能量狀態(tài)，說明它處于激發(fā)態(tài)。從左到右，第一電離能增大，Be (2s2) s能級全充滿是穩(wěn)定狀態(tài)，故由小到大的前三種元素是Li<B<Be。

(2)硅原子最外層有4個電子，乙硅烯、丙硅烯分子中，均有硅原子形成了3個σ鍵，故二者分子中均有硅原子為sp2 雜化。甲硅烷分子中硅為sp3雜化，是正四面體結(jié)構(gòu)。原子半徑Si>C，Si-Si長度大于C-C，鍵能較小，鍵的穩(wěn)定性較差，不利于形成長鏈。硅烷同系物組成、結(jié)構(gòu)相似，隨著分子中硅原子數(shù)目的增加，熔、沸點升高。

(3)觀察晶胞圖知，頂點A緊鄰等距離最近的X位于晶胞的三個平面，即橫平面、正平面和側(cè)平面，將每個平面擴展，則每個平面中距離A最近的X均有4個，故共有3×4=12個。M位于體心，故其坐標為(,,)。根據(jù)均攤原理知，X是氧，一個晶胞中含有一個“CaTiO3”，晶胞的體積是1×10-30r3cm3，由此可求出其密度為g/cm3。