Question

13．太陽能電池是通過光電效應或光化學效應直接把光能轉化為電能的裝置．其材料有單晶硅，還有銅、鍺、鎵、硒等化合物．
（1）基態(tài)亞銅離子中電子占據的原子軌道數目為14．
（2）若基態(tài)硒原子價層電子排布式寫出4s²4p_x²4p_y²，則其違背了洪特規(guī)則．
（3）如圖1表示碳、硅和磷元素的四級電離能變化趨勢，其中表示磷的曲線是b．
（4）單晶硅可由二氧化硅制得，二氧化硅晶體結構如圖2所示，在二氧化硅晶體中，Si、O原子所連接的最小環(huán)為12元環(huán)，則每個O原子連接6個最小環(huán)．
（5）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性，自然界中含硼元素的鈉鹽是一種天然礦藏，其化學式寫作Na₂B₄O₇•12H₂O，實際上他的結構單元是由兩個H₃BO₃和兩個[B（OH）₄]^-縮合而成的六元環(huán)，應寫成Na₂[B₄O₅（OH）₆]•8H₂O，其結構如圖所示，它的陰離子可形成鏈狀結構．       
①該晶體中不存在的作用力是C（填選項字母）．
A．離子鍵 B．共價鍵 C．金屬鍵 D．范德華力  E．氫鍵
②陰離子通過氫鍵相互結合形成鏈狀結構．
（6）氮化鎵（GaN）的晶體結構如圖4所所示．晶體中N、Ga原子的軌道雜化類型是否相同是（填“是”或“否”），判斷該晶體結構中存在配位鍵的依據是晶胞中1個Ga與4個N原子相結合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵．
（7）某光電材料由鍺的氧化物與銅的氧化物按一定比例熔合而成，其中鍺的氧化物晶胞結構如圖5所示，該物質的化學式為GeO，已知該晶胞密度為7.4g•cm^-3，晶胞邊長為4.3×10^-10m，則鍺的相對原子質量為72.5（保留小數點后一位）

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個電子形成Cu⁺；
（2）洪特規(guī)則：原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時①電子盡可能分占不同的原子軌道，②自旋狀態(tài)相同；
（3）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故Si的第一電離能最小，P原子第四電離能為失去4s²能中1個電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大；
（4）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個Si-Si鍵之間連接O原子，晶體Si中每個Si原子形成4個Si-Si鍵，由圖可知每2個Si-Si鍵可以形成2個六元環(huán)，而4個Si-Si鍵任意2個可以形成6種組合；
每個O原子連接2個Si原子，每個Si原子和該O原子能形成3個最小環(huán)；
（5）①活潑金屬和酸根離子之間存在離子鍵、非金屬元素之間易形成共價鍵，含有孤電子對和含有空軌道的原子之間存在配位鍵；分子之間存在范德華力，水分子之間存在氫鍵；
②該陰離子通過氫鍵相互結合形成鏈狀結構；
（6）該晶體中Ga、N原子價層電子對個數都是4且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論判斷N、Ga原子雜化方式是否相同；
晶胞中1個Ga與4個N原子相結合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵；
（7）根據均攤法計算晶胞中Ge、O原子數目，用鍺的相對原子質量表示晶胞質量，再結合m=ρV計算．

解答 解：（1）Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個電子形成Cu⁺，Cu⁺基態(tài)時電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，其電子占據的14原子軌道，
故答案為：14；
（2）洪特規(guī)則：原子核外電子在能量相同的各個軌道上排布時①電子盡可能分占不同的原子軌道，②自旋狀態(tài)相同，該原子核外電子排布沒有排p_z軌道，所以違反洪特規(guī)則，
故答案為：洪特規(guī)則；
（3）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故Si的第一電離能最小，由圖中第一電離能可知，c為Si，P原子第四電離能為失去4s²能中1個電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大，可知b為P、a為C，
故答案為：b；
（4）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個Si-Si鍵之間連接O原子，晶體Si中每個Si原子形成4個Si-Si鍵，由圖可知每2個Si-Si鍵可以形成2個六元環(huán)，而4個Si-Si鍵任意2個可以形成6種組合，則每個Si原子連接十二元環(huán)數目為6×2=12，
每個O原子連接2個Si原子，每個Si原子和該O原子能形成3個最小環(huán)，所以每個O原子能形成6個最小環(huán)，
故答案為：12；6；
（5）①鈉離子和酸根離子之間存在離子鍵、B-H和O-H原子之間存在共價鍵，B和O原子之間存在配位鍵，水分子之間存在范德華力和氫鍵，所以該物質中不含金屬鍵，故答案為：C；
②該分子中羥基上的氫原子和另一個羥基上的O原子形成氫鍵，所以該陰離子通過氫鍵相互結合形成鏈狀結構，故答案為：氫鍵；
（6）該晶體中Ga、N原子價層電子對個數都是4且不含孤電子對，根據價層電子對互斥理論知N、Ga原子雜化方式相同；
晶胞中1個Ga與4個N原子相結合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵，
故答案為：是；晶胞中1個Ga與4個N原子相結合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵；
（7）晶胞中Ge原子數目為4，O原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則化學式為GeO，設鍺的相對原子質量為M，則就晶胞質量為：$\frac{4×（M+16）}{{N}_{A}}$g，則：m=ρV=$\frac{4×（M+16）}{{N}_{A}}$g=7.4g．cm^-3×（4.3×l0^-8 cm）³，解得M=72.5，
故答案為：GeO；72.5．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，側重考查學生對物質結構、原子結構及基本理論的認識，涉及化學鍵、晶胞計算、元素周期律等知識點，明確原子結構、物質結構是解本題關鍵，難點是（4）（7）題計算，題目難度中等．