Question

3．太陽(yáng)能電池板材料除單晶硅外，還有銅、銦、鎵、硒、硅等化學(xué)物質(zhì)．
（1）基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；已知高溫下CuO→Cu₂O+O₂，從銅原子價(jià)電子層結(jié)構(gòu)（3d和4s軌道上應(yīng)填充的電子數(shù)）變化角度來(lái)看，能生成Cu₂O的原因是Cu²⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁹，Cu⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d¹⁰，3d¹⁰為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)，Cu²⁺得一個(gè)電子變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Cu⁺；
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物，則它們形成的組成最簡(jiǎn)單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為V形、正四面體，若“Si-H”中共用電子對(duì)偏向氫元素，氫氣與硒反應(yīng)是單質(zhì)硒是氧化劑，則硒與硅的電負(fù)性相對(duì)大小為Se＞Si（填“＞”、“＜”）．人們把硅與氫元素形成的一類(lèi)化合物叫硅烷，硅烷的組成、結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的烷烴相似，硅烷的沸點(diǎn)與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系如圖1所示，呈現(xiàn)這種變化的原因是硅烷為分子晶體，隨相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔沸點(diǎn)升高；

（3）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性（價(jià)電子數(shù)少于價(jià)層軌道數(shù)），其化合物可與具有孤對(duì)電子的分子或離子生成配合物，如BF₃能與NH₃反應(yīng)生成BF₃•NH₃，BF₃•NH₃中B原子的雜化軌道類(lèi)型為sp³，B與N之間形成配位鍵；
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示；則金剛砂晶體類(lèi)型為原子晶體，在SiC中，每個(gè)C原子周?chē)�最近的C原子數(shù)目為12，若晶胞的邊長(zhǎng)為a pm，則金剛砂的密度為$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{aN{\;}_{A}}$g•cm³．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)元素符號(hào)，判斷元素原子的核外電子數(shù)，再根據(jù)核外電子排布規(guī)律來(lái)寫(xiě)；Cu⁺的核外有28個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)其基態(tài)離子核外電子排布式，原子軌道處于全空、半滿或全滿時(shí)最穩(wěn)定；
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物分別為H₂Se，SiH₄，其分子結(jié)構(gòu)分別與H₂O，CH₄相似；若“Si-H”中鍵合電子偏向氫原子，說(shuō)明硅顯正價(jià)，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，硒顯負(fù)價(jià)；分子晶體的沸點(diǎn)高低取決于分子間作用力，而分子間作用力與相對(duì)分子質(zhì)量的大小有關(guān)，據(jù)此答題；
（3）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其雜化方式，提供空軌道的原子和提供孤電子對(duì)的原子之間形成配位鍵；
（4）根據(jù)原子晶體的硬度大；每個(gè)碳原子連接4個(gè)硅原子，每個(gè)硅原子又連接其它3個(gè)碳原子，據(jù)此判斷每個(gè)C原子周?chē)�最近的C原子數(shù)目；該晶胞中C原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個(gè)數(shù)為4，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算其密度．

解答 解：（1）Cu元素為29號(hào)元素，原子核外有29個(gè)電子，所以核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Cu²⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁹，Cu⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d¹⁰，3d¹⁰為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)，Cu²⁺得一個(gè)電子變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Cu⁺；
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Cu²⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d⁹，Cu⁺的價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d¹⁰，3d¹⁰為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)，Cu²⁺得一個(gè)電子變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Cu⁺；
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物分別為H₂Se，SiH₄，其分子結(jié)構(gòu)分別V形，正四面體；若“Si-H”中鍵合電子偏向氫原子，說(shuō)明硅顯正價(jià)，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，硒顯負(fù)價(jià)，所以硒與硅的電負(fù)性相對(duì)大小為Se＞Si；硅烷（Si_nH_2n+2）都是分子晶體，分子晶體的沸點(diǎn)高低取決于分子間作用力，而分子間作用力與相對(duì)分子質(zhì)量的大小有關(guān)，硅烷的相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間范德華力越強(qiáng)，
故答案為：V形，正四面體；＞；硅烷為分子晶體，隨相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔沸點(diǎn)升高；
（3）BF₃•NH₃中B原子含有3個(gè)σ 鍵和1個(gè)配位鍵，所以其價(jià)層電子數(shù)是4，B原子采取sp³雜化，該化合物中，B原子提供空軌道的原子、N原子提供孤電子對(duì)，所以B、N原子之間形成配位鍵；
故答案為：sp³；配位；
（4）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，屬于原子晶體；每個(gè)碳原子連接4個(gè)硅原子，每個(gè)硅原子又連接其它3個(gè)碳原子，所以每個(gè)C原子周?chē)�最近的C原子數(shù)目為3×4=12；該晶胞中C原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個(gè)數(shù)為4，晶胞邊長(zhǎng)=a×10^-10cm，體積V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{N{\;}_{A}}}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm³=$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{aN{\;}_{A}}$g•cm³；
故答案為：原子晶體；12；$\frac{1.6×10{\;}^{32}}{aN{\;}_{A}}$g•cm³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計(jì)算、原子雜化判斷、原子核外電子排布式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，題目難度中等．