Question

4．太陽能的開發(fā)利用在新能源研究中占據重要地位．單晶硅太陽能電池片在加工時，一般摻雜微置的锎、硼、鎵、硒等．
回答下列問題：
（1）二價銅離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．已知高溫下Cu₂O比CuO更穩(wěn)定，試從銅原子核外電子結構變化角度解釋亞銅離子價電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)．
（2）（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應生成Cu（SCN）₂，1mol（SCN）₂中含有π鍵的數目為4N_A．類鹵素（SCN）₂對應的酸有兩種，理論上硫氰酸（H-S-C≡N ）的沸點低于異硫氰酸（H-N=C=S）的沸點．其原因是異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能．
（3）硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子形成配合物，如BF₃能與NH₃反應生成BF₃•NH₃．在BF₃•NH₃中B原子的雜化方式為sp³，B與N之間形成配位鍵，氮原子提供孤電子對．
（4）六方氮化硼晶體結構與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力．
六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉化為立方氮化硼，其結構和硬度都與金剛石相似，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼的密度是$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³．（只要求列算式）．
（5）如圖是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，請在圖中圓球上涂“●”和畫“×”分別標明B與N的相對位置．

Answer 1

分析 （1）Cu是29號元素，其原子核外有29個電子，Cu原子失去一個4s電子、一個3d電子生成二價銅離子，根據構造原理書寫電子排布式；原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時最穩(wěn)定，二價銅離子價電子排布式為3d⁹、亞銅離子價電子排布式為3d¹⁰，據此答題；
（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個共用電子對、C原子形成四個共用電子對、N原子形成三個共用電子對；能形成分子間氫鍵的物質熔沸點較高，異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能形成分子間氫鍵；
（3）硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子形成配合物，根據價層電子對互斥理論確定B原子的雜化方式，N原子含有孤電子對，據此分析；
（4）六方氮化硼晶體結構與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力；根據均攤法計算晶胞中各原子數，根據$ρ=\frac{m}{V}$計算；
（5）如圖是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，每個N原子被4個B原子共用、每個B原子被4個N原子共用．

解答 解：（1）Cu是29號元素，其原子核外有29個電子，Cu原子失去一個4s電子、一個3d電子生成二價銅離子，根據構造原理書寫二價銅離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時最穩(wěn)定，二價銅離子價電子排布式為3d⁹、亞銅離子價電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)，所以較穩(wěn)定，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；亞銅離子價電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)；
（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個共用電子對、C原子形成四個共用電子對、N原子形成三個共用電子對，（ SCN）₂結構式為N≡C-S-S-C≡N，每個分子中含有4個π鍵，則1mol（SCN）₂中含有π鍵的數目為4N_A；能形成分子間氫鍵的物質熔沸點較高，異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能形成分子間氫鍵，所以異硫氰酸熔沸點高于硫氰酸，
故答案為：4N_A；異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能；
（3）硼元素具有缺電子性，其化合物可與具有孤電子對的分子或離子形成配合物，如BF₃能與NH₃反應生成BF₃•NH₃．在BF₃•NH₃中B原子價層電子對個數是4，根據價層電子對互斥理論確定B原子的雜化方式為sp³，B與N之間形成配位鍵，N原子含有孤電子對，所以氮原子提供孤電子對，
故答案為：sp³；孤電子對；
（4）六方氮化硼晶體結構與石墨晶體相似，層間相互作用為分子間作用力；
立方氮化硼中，晶胞邊長為361.5pm=361.5×10^-10cm，晶胞體積=（361.5×10^-10cm）³，該晶胞中N原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子個數為4，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：分子間作用力；$\frac{4×25}{（361.5×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$；
（5）如圖是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，每個N原子被4個B原子共用、每個B原子被4個N原子共用，所以其圖為，
故答案為：．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，側重考查學生空間想象能力及計算能力，涉及晶胞計算、原子雜化方式判斷、配位鍵及氫鍵、原子核外電子排布等知識點，難點是晶胞計算及（5）題，采用三視圖確定N原子和B原子位置關系，題目難度中等．