Question

9．銅、鎵、硒、硅等元素的化合物是生產(chǎn)第三代太陽(yáng)能電池的重要材料．請(qǐng)回答：
（1）基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；已知高溫下CuO→Cu₂O+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(lái)看，能生成Cu₂O的原因是CuO中銅的價(jià)層電子排布為3d ⁹4s⁰，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．
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物，則它們形成的組成最簡(jiǎn)單的氫化物中，分子構(gòu)型分別為V形、正四面體，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“＞”、“＜”）．
（3）SeO₂常溫下白色晶體，熔點(diǎn)為340～350℃，315℃時(shí)升華，則SeO₂固體的晶體類型為分子晶體；若SeO₂類似于SO₂是V型分子，則Se原子外層軌道的雜化類型為sp²．
（4）與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對(duì)電子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sp³，B與N之間形成配位鍵．
（5）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示；則金剛砂晶體類型為原子晶體，在SiC中，每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為12個(gè)；若晶胞的邊長(zhǎng)為a pm，則金剛砂的密度表達(dá)式為$\frac{4×40}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Cu元素為29號(hào)元素，原子核外有29個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理書寫核外電子排布式；原子軌道處于全空、半滿或全滿時(shí)最穩(wěn)定；
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物分別為H₂Se、SiH₄，其分子結(jié)構(gòu)分別與H₂O，CH₄相似；若“Si-H”中鍵合電子偏向氫原子，說(shuō)明硅顯正價(jià)，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，硒顯負(fù)價(jià)；
（3）SeO₂常溫下白色晶體，熔、沸點(diǎn)低，為分子晶體；根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論計(jì)算雜化類型；
（4）BF₃•NH₃中B原子含有3個(gè)σ 鍵和1個(gè)配位鍵，所以其價(jià)層電子數(shù)是4，B原子采取sp³雜化，該化合物中，B原子提供空軌道的原子、N原子提供孤電子對(duì)；
（5）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，屬于原子晶體；以頂點(diǎn)碳原子研究，與之最近的碳原子處于面心；根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中C、Si原子數(shù)目，用阿伏伽德羅常數(shù)表示出晶胞質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$求算密度．

解答 解：（1）Cu元素為29號(hào)元素，原子核外有29個(gè)電子，所以核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
CuO中銅的價(jià)層電子排布為3d⁹4s⁰，Cu₂O中銅的價(jià)層電子排布為3d¹⁰，3d¹⁰為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在高溫時(shí)，能生成Cu₂O，即穩(wěn)定性是CuO＜Cu₂O，高溫時(shí)可以生成Cu₂O，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；CuO中銅的價(jià)層電子排布為3d ⁹4s⁰，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；
（2）硒、硅均能與氫元素形成氣態(tài)氫化物分別為H₂Se，SiH₄，其分子結(jié)構(gòu)分別V形，正四面體；若“Si-H”中鍵合電子偏向氫原子，說(shuō)明硅顯正價(jià)，氫氣與硒反應(yīng)時(shí)單質(zhì)硒是氧化劑，硒顯負(fù)價(jià)，所以硒與硅的電負(fù)性相對(duì)大小為Se＞Si，
故答案為：V形、正四面體；＞；
（3）SeO₂常溫下白色晶體，熔、沸點(diǎn)低，為分子晶體，二氧化硒分子中價(jià)層電子對(duì)=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，Se原子的雜化類型為sp²，
故答案為：分子晶體；sp²；
（4）BF₃•NH₃中B原子含有3個(gè)σ 鍵和1個(gè)配位鍵，所以其價(jià)層電子數(shù)是4，B原子采取sp³雜化，該化合物中，B原子提供空軌道的原子、N原子提供孤電子對(duì)，所以B、N原子之間形成配位鍵，
故答案為：sp³；配位；
（5）金剛砂（SiC）的硬度為9.5，屬于原子晶體，以頂點(diǎn)碳原子研究，與之最近的碳原子處于面心，所以每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12，
該晶胞中C原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個(gè)數(shù)為4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g，晶胞邊長(zhǎng)=a×10^-10cm，體積V=（a×10^-10cm）³，其密度=4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g÷（a×10^-10cm）³=$\frac{4×40}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：原子；12；$\frac{4×40}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電負(fù)性、空間構(gòu)型與雜化方式判斷、晶體類型與性質(zhì)、晶胞計(jì)算等，掌握均攤法進(jìn)行晶胞的有關(guān)計(jì)算，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)．