Question

【題目】太陽能電池板材料除單晶硅外，還有銅、銦、鎵、硒等化學(xué)物質(zhì)。

（1）基態(tài)銅原子的電子排布式為_____________；已知高溫下CuOCu2O+O2，從銅原子價(jià)層電子結(jié)構(gòu)(3d和4s軌道上應(yīng)填充的電子數(shù))變化角度來看，能生成Cu2O的原因是___________________________。

（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物，則它們形成的最簡單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為____________， 若“Si-H”中共用電子對(duì)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(duì)大小為Se____Si （填“>”、“<”）。人們把硅與氫元素形成的一類化合物叫硅烷。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)系如圖所示，呈現(xiàn)這種變化的原因是_____________________________________________。

（3）與銦、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電子對(duì)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______， B與N之間形成___________鍵。

（4）金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，則金剛砂晶體類型為_________________，在SiC中，每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為___個(gè)；若晶胞的邊長為a pm，則金剛砂的密度為____g/cm3 （用NA表示阿伏伽德羅常數(shù)的值）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1 CuO中銅的價(jià)層電子排布為3d9，Cu2O中銅的價(jià)層電子排布為3d10，后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)而前者不是，因而二價(jià)銅能在一定條件下轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的一價(jià)銅 V形 正四面體形 > 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 sp3雜化 配位 原子晶體 12 1.6×1032/ (a3·NA)

【解析】分析：(1)原子核外電子排布決定著元素的穩(wěn)定性，特別是全滿、半滿和全空比較穩(wěn)定，因此通過銅原子的核外電子排布可解答；(2)根據(jù)已知物質(zhì)H2O和CH4的分子結(jié)構(gòu)可推知H2Se和SiH4的分子結(jié)構(gòu)，電負(fù)性簡單理解就是原子吸引電子的能力，結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，其熔沸點(diǎn)可通過分子間作用力大小去判斷；(3)BF3與NH3以配位鍵結(jié)合成化合物BF3·NH3時(shí)，B元素要形成四個(gè)鍵，所以只能以sp3雜化；(4)根據(jù)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可推測(cè)SiC的晶體結(jié)構(gòu)，通過晶胞中含有的原子數(shù)和晶胞的邊長，可計(jì)算出晶胞的密度。

詳解：(1)已知銅的原子序數(shù)為29，其原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1；CuO中銅是+2價(jià)，價(jià)電子排布為3d9，而Cu2O中銅是+1價(jià)，價(jià)電子排布為3d10，后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)而前者不是，因此CuO能在一定條件下轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的Cu2O。

(2)由于O與Se同族，C與Si同族，它們形成的最簡單的氫化物中，H2O分子是V型結(jié)構(gòu)，則H2Se也是V型結(jié)構(gòu)，CH4是正四面體結(jié)構(gòu)，可知SiH4也是正四面體結(jié)構(gòu)；在Si-H中共用電子對(duì)偏向氫元素，即氫的電負(fù)性>硅，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，則硒吸引電子能力>氫，所以電負(fù)性 Se>Si；由圖象可知，在一系列硅烷中，隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大，分子間作用力增強(qiáng)，所以熔沸點(diǎn)升高。

(3)B元素最外層只有3個(gè)電子，但有4個(gè)軌道，所以可與具有孤電子對(duì)的分子或離子以配位鍵形成配合物，因此在配合物BF3·NH3中B原子的雜化軌道類型為sp3雜化，在B和N之間形成配位鍵。

(4) 金剛砂晶體是由C原子和Si原子形成的原子晶體，在該晶胞中含有的C=4，Si= =4，即含有4個(gè)SiC，該晶胞為面心立方，且C和Si可以互換，每兩個(gè)C原子間最近的距離為面對(duì)角線的一半，所以每個(gè)C周圍距離最近的C原子有=12個(gè)，已知晶胞的邊長為a pm，即a×10-10cm，其體積為a3×10-30cm3，質(zhì)量為g，則金剛砂的密度為 g/cm3。