Question

12．銅、鎵、硒、硅等元素的化合物是生產(chǎn)第三代太陽能電池的重要材料．回答下列問題：
（1）基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；已知高溫下CuO-→Cu₂0+0₂，試從銅原子價(jià)層電子結(jié)構(gòu)變化角度解釋這一反應(yīng)發(fā)生的原因：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單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為V形，正四面體，若“Si-H”中鍵合電子偏向氫元素，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，則硒與硅的電負(fù)性相對大小為Se＞Si．
（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)如圖所示；則金剛砂晶體類型為原子晶體，在SiC中，每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為12，若晶胞的邊長為a pm，則金剛砂的密度為$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)元素符號，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)律來寫；Cu⁺的核外有28個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其基態(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)；
（3）根據(jù)價(jià)層電子對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原子周圍最近的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)性相對大小為Se＞Si；
故答案為：V形，正四面體；Se＞Si；
（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，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原子周圍最近的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=a×10^-10cm，體積V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{{N}_{A}}}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm³=$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³；
故答案為：原子晶體；12；$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³．

點(diǎn)評 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寫等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，題目難度中等．