Question

太陽能電池的發(fā)展已經(jīng)進入了第三代．第一代為單晶硅太陽能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽能電池，第三代就是銅銦鎵硒CIGs（CIS中摻入Ga）等化合物薄膜太陽能電池以及薄膜Si系太陽能電池．
（1）亞銅離子（Cu+）基態(tài)時的價電子排布式表示為

 

．
（2）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

 

（用元素符號表示）．
（3）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性，其化合物往往具有加合性，因而硼酸（H₃BO₃）溶于水顯弱酸性，但它卻只是一元酸，可以用硼酸在水溶液中的電離平衡解釋它只是一元弱酸的原因．
①H₃BO₃中B的原子雜化類型為

 

；
②寫出硼酸在水溶液中的電離方程式

 

．
（4）金剛砂（SiC）結構與金剛石結構相似，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，則得的金剛砂（SiC）結構．已知：碳原子半徑為77pm，硅原子半徑為117pm，SiC晶體密度為3.217g/cm³．
①SiC是

 

晶體，鍵角是

 

．
②如果我們以一個硅原子為中心，設SiC晶體中硅原子與其最近的碳原子的最近距離為d，則與硅原子次近的第二層有

 

個原子，離中心原子的距離是

 

．
③如果我們假設碳、硅原子是剛性小球，在晶體中彼此相切，請根據(jù)碳、硅原子半徑計算SiC的密度，并與實際值對比．對產(chǎn)生偏差的原因作一合理解釋．

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,元素電離能、電負性的含義及應用,金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結構專題,化學鍵與晶體結構

分析：（1）亞銅離子核外有28個電子，3d電子為其價電子，根據(jù)構造原理書寫其價電子排布式；
（2）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；
（3）①硼酸（H₃BO₃）溶于水顯弱酸性，但它卻只是一元酸，說明硼酸分子中含有一個羥基，根據(jù)價層電子對互斥理論確定B原子的雜化類型；
②硼酸為一元弱酸，在水溶液里電離出陰陽離子；
（4）①碳化硅是空間網(wǎng)狀結構，為原子晶體，每個硅原子連接4個碳原子，形成正四面體結構；
②距離中心Si最近的第一層的4個C原子，每一個又連接著另外3個Si原子，這12個Si原子平均分布在一個球面上，根據(jù)直角三角形計算正四面體的邊長；
③ρ=

m

V

，根據(jù)計算密度和實際密度比較相對大小分析，如果小于實際密度，則原子間不能相切．

解答： 解：（1）銅是29號元素，銅原子失去一個電子變成亞銅離子，所以亞銅離子核外有28個電子，基態(tài)銅離子（Cu⁺）的價電子排布式為：3d¹⁰，故答案為：3d¹⁰；
（2）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； 
（3）①[B（OH）₄]^-中B的價層電子對=4+

1

2

（3+1-4×1）=4，所以采取sp³雜化，故答案為：sp³；
②硼酸為一元弱酸，在水溶液里電離出陰陽離子，其電離方程式為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺，故答案為：H₃BO₃+H₂O?[B（OH）₄]^-+H⁺；
（4）①碳化硅是空間網(wǎng)狀結構，為原子晶體，每個硅原子連接4個碳原子，形成正四面體結構，其鍵角為109°28′，故答案為：原子；109°28′；
②距離中心Si最近的第一層的4個C原子，每一個又連接著另外3個Si原子，這12個Si原子平均分布在一個球面上，F(xiàn)是C原子，A、B、C、D分別代表一個Si原子，AB、AC、AD、BC、BD、CD的邊長相等，AF、BF的長相等為d，F(xiàn)位于體心上，O位于正三角形BCD的重心上，在正三角形BCD中，BE為三角形BCD的高，則CE為BC的一半，如圖，設正四面體的邊長為x，CE的長為0.5x，BE=

x2-(0.5x)2

=

3

2

x，BO與OE的長之比為2：1，則BO的長為

3

2

x×

2

3

=

3

3

x，在三角形ABO中，AO的長=

x2-( 3 3 x)2

=

6

3

x，在三角形BFO中，OF的長=

6

3

x-d=

d2-( 3 3 x)2

，x=

2 6

3

d，
故答案為：12；

2 6

3

d；

③該晶胞中碳原子個數(shù)=4，硅原子個數(shù)=

1

8

×8+6×

1

2

=4，該晶胞的棱長=

2

2

(

2 6

3

d×2)=

4 3

3

d，晶胞的體積=（

4 3

3

d）³，d=77pm+117pm=194pm=1.94×10^-8cm，晶胞的體積=[

(1.17+0.77)×10-8×4

3

]3cm3，
ρ=

m

V

=

4×(12+28) NA g

[ (1.17+0.77)×10-8×4 3 ]3cm3

=2.96g/cm³＜3.217g/cm³，密度偏小，說明實際晶胞體積比計算值小即碳原子、硅原子間的距離應比兩個半徑小，實際上碳、硅原子間有共價鍵作用，而不能假設成相切，應該是相交，
故答案為：

4×(12+28) NA g

[ (1.17+0.77)×10-8×4 3 ]3cm3

=2.96g/cm³＜3.217g/cm³，密度偏小，說明實際晶胞體積比計算值小即碳原子、硅原子間的距離應比兩個半徑小，實際上碳、硅原子間有共價鍵作用，而不能假設成相切，應該是相交．

點評：本題考查了晶胞的計算、元素周期律、原子雜化等知識點，這些都是學習重點也是學習難點，同時考查學生的空間想象能力、分析問題能力、數(shù)學分析邏輯能力等，會根據(jù)直角三角形定理計算邊長，難度較大．