Question

太陽(yáng)能電池的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了第三代．第一代為單晶硅太陽(yáng)能電池，第二代為多晶硅、非晶硅等太陽(yáng)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(yáng)能電池以及薄膜Si系太陽(yáng)能電池．
（1）亞銅離子（Cu+）基態(tài)時(shí)的價(jià)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?yàn)?div id="3nhn9zj" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

（用元素符號(hào)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(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)．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(gè)硅原子為中心，設(shè)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(gè)原子，離中心原子的距離是

 

．
③如果我們假設(shè)碳、硅原子是剛性小球，在晶體中彼此相切，請(qǐng)根據(jù)碳、硅原子半徑計(jì)算SiC的密度，并與實(shí)際值對(duì)比．對(duì)產(chǎn)生偏差的原因作一合理解釋．

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：原子組成與結(jié)構(gòu)專題,化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）亞銅離子核外有28個(gè)電子，3d電子為其價(jià)電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其價(jià)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(shì)，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(shuō)明硼酸分子中含有一個(gè)羥基，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)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(yáng)離子；
（4）①碳化硅是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為原子晶體，每個(gè)硅原子連接4個(gè)碳原子，形成正四面體結(jié)構(gòu)；
②距離中心Si最近的第一層的4個(gè)C原子，每一個(gè)又連接著另外3個(gè)Si原子，這12個(gè)Si原子平均分布在一個(gè)球面上，根據(jù)直角三角形計(jì)算正四面體的邊長(zhǎng)；
③ρ=

m

V

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

解答： 解：（1）銅是29號(hào)元素，銅原子失去一個(gè)電子變成亞銅離子，所以亞銅離子核外有28個(gè)電子，基態(tài)銅離子（Cu⁺）的價(jià)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?yàn)锽r＞As＞Se，故答案為：Br＞As＞Se； 
（3）①[B（OH）₄]^-中B的價(jià)層電子對(duì)=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(yáng)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(jié)構(gòu)，為原子晶體，每個(gè)硅原子連接4個(gè)碳原子，形成正四面體結(jié)構(gòu)，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(gè)C原子，每一個(gè)又連接著另外3個(gè)Si原子，這12個(gè)Si原子平均分布在一個(gè)球面上，F(xiàn)是C原子，A、B、C、D分別代表一個(gè)Si原子，AB、AC、AD、BC、BD、CD的邊長(zhǎng)相等，AF、BF的長(zhǎng)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(shè)正四面體的邊長(zhǎng)為x，CE的長(zhǎng)為0.5x，BE=

x2-(0.5x)2

=

3

2

x，BO與OE的長(zhǎng)之比為2：1，則BO的長(zhǎng)為

3

2

x×

2

3

=

3

3

x，在三角形ABO中，AO的長(zhǎng)=

x2-( 3 3 x)2

=

6

3

x，在三角形BFO中，OF的長(zhǎng)=

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(gè)數(shù)=4，硅原子個(gè)數(shù)=

1

8

×8+6×

1

2

=4，該晶胞的棱長(zhǎng)=

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(shuō)明實(shí)際晶胞體積比計(jì)算值小即碳原子、硅原子間的距離應(yīng)比兩個(gè)半徑小，實(shí)際上碳、硅原子間有共價(jià)鍵作用，而不能假設(shè)成相切，應(yīng)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(shuō)明實(shí)際晶胞體積比計(jì)算值小即碳原子、硅原子間的距離應(yīng)比兩個(gè)半徑小，實(shí)際上碳、硅原子間有共價(jià)鍵作用，而不能假設(shè)成相切，應(yīng)該是相交．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了晶胞的計(jì)算、元素周期律、原子雜化等知識(shí)點(diǎn)，這些都是學(xué)習(xí)重點(diǎn)也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，同時(shí)考查學(xué)生的空間想象能力、分析問(wèn)題能力、數(shù)學(xué)分析邏輯能力等，會(huì)根據(jù)直角三角形定理計(jì)算邊長(zhǎng)，難度較大．