Question

18．太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)進入了第三代．第三代就是銅銦鎵硒CIGS等化合物薄膜太陽能電池以及薄膜Si系太陽能電池．完成下列填空：


（1）硒為第4周期元素，相鄰的元素有砷和溴，則3種元素的第一電離能從大到小順序為Br＞As＞Se（用元素符號表示）．
（2）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性（價電子數(shù)少于價層軌道數(shù)），其化合物可與具有孤對電子的分子或離子生成加合物，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；第一電離能介于B、N之間的元素除C外，還有O（填元素符號）
（3）單晶硅的結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)相似，若單晶硅晶體的密度為ρg•cm^-3，阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A，則Si原子之間的距離為$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm（用ρ、N_A表示，并化成最簡形式），若將金剛石晶體中一半的C原子換成Si原子且同種原子不成鍵，則得如圖1所示的金剛砂（SiC）結(jié)構(gòu)；在SiC中，每個C原子周圍最近的C原子數(shù)目為12．
（4）某科學(xué)工作者通過X射線衍射分析推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結(jié)構(gòu)可能如圖2所示，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示．
寫出圖2中水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式（必須將配位鍵表示出來）：；亞銅離子（Cu⁺）基態(tài)時的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰．

Answer 1

分析 （1）同一周期中元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢，但第VA族元素大于其相鄰元素；
（2）根據(jù)價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；第VA族元素大于其相鄰元素的第一電離能；
（3）一個晶胞中的硅原子數(shù)目為$\frac{1}{8}×8$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令硅原子之間的距離為a，則晶胞體積v=a³，以此計算；
（4）水合銅離子中銅離子提供空軌道，水分子中氧原子提供孤電子對，形成配位鍵；電子排布式依據(jù)構(gòu)造原理．

解答 解：（1）As、Se、Br屬于同一周期且原子序數(shù)逐漸增大，這三種元素依次屬于第IVA族、第VA族、第VIA族，第VA族元素大于其相鄰元素的第一電離能，所以3種元素的第一電離能從大到小順序為Br＞As＞Se，
故答案為：Br＞As＞Se；
（2）BF₃•NH₃中B原子含有3個σ 鍵一個配位鍵，所以其價層電子數(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；第VA族元素大于其相鄰元素的第一電離能，第一電離能介于B、N之間的元素除C外，還有O；
故答案為：sp³；配位；O；
（3）單晶硅與金剛石結(jié)構(gòu)相似，即硅原子位于晶胞的頂點，面心和內(nèi)部，則由均攤法知一個晶胞中的硅原子數(shù)目為$\frac{1}{8}×8$+6×$\frac{1}{2}$+4=8．令硅原子之間的距離為a，則晶胞體積v=a³，由v=$\frac{m}{ρ}$，晶胞質(zhì)量為8個硅原子的質(zhì)量m=$\frac{28×8}{{N}_{A}}$g，則ρ=$\frac{\frac{28×8}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，a=$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm，
每個碳原子連接4個硅原子，每個硅原子又連接其他3個碳原子，所以每個碳原子周圍最近的碳原子數(shù)目為3×4=12，
故答案為：$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm；12；
（4）水合銅離子中銅離子提供空軌道，水分子中氧原子提供孤電子對，形成配位鍵，配體數(shù)為4，則水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式為：；銅是29號元素，根據(jù)構(gòu)造原理，銅原子基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，則亞銅離子基態(tài)電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰
故答案為：；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰ 或[Ar]3d¹⁰．

點評 本題綜合考查原子結(jié)構(gòu)與元素周期率知識，為高考常見題型，涉及第一電離能大小順序，雜化方式，晶體密度計算及晶胞結(jié)構(gòu)，配合物成鍵狀況及配合物結(jié)構(gòu)簡式的書寫，以及原子的核外電子排布式，題目難度中等，晶體密度及結(jié)構(gòu)相對較難．