Question

3．太陽能的開發(fā)利用在新能源研究中占據(jù)重要地位．單晶硅太陽能電池片在加工時，一般摻雜微量的銅、硼、鎵、硒等． 就銅、硼兩種元素請回答：
（1）基態(tài)Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；已知高溫下Cu₂O比CuO更穩(wěn)定，試從銅原子核外電子結構角度解釋其原因：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（CN）₂、（SCN）₂反應生成Cu（ CN）₂、Cu（ SCN）₂．其中類鹵素（ SCN）₂結構式為N≡C-S-S-C≡N．其分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為5：4；它對應的酸有兩種，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，其原因為異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能．
（3）在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O（寫元素符號）．
（4）氮化硼（BN）晶體有多種結構．六方氮化硼是通常存在的穩(wěn)定結構，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑；立方氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．它們的晶體結構如圖1所示．
①關于這兩種晶體的說法，正確的是BCEF（填序號）．

A．立方氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
B．六方氮化硼層間作用力小，所以質地軟
C．兩種晶體中B-N鍵均為共價鍵
D．兩種晶體均為分子晶體
E．立方氮化硼晶體，硼原子的雜化軌道類型為sp³
F．六方氮化硼晶體結構與石墨相似卻不導電，原因是其層結構中沒有自由電子
②圖2是立方氮化硼晶胞模型，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，則該晶體的密度為$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a的代數(shù)式表示，N_A 表示阿伏伽德羅常數(shù)）．

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(jù)構造原理書寫二價基態(tài)銅離子的電子排布式；原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時最穩(wěn)定；
（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）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相鄰的元素的第一電離能高，所以在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O；
（4）①A．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵；
B．六方相氮化硼層間作用力為范德華力；
C．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體；
E．立方氮化硼晶體中每個硼原子形成4個σ鍵，所以硼原子的雜化軌道類型為sp³
F．六方氮化硼晶體結構其層結構中沒有自由電子，所以不導電；
②立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子．一個晶胞中的質量為 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，所以一個立方氮化硼晶胞的體積是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算密度．

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(jù)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σ鍵數(shù)目為5mol，π鍵的數(shù)目為4mol，所以分子中σ鍵和π鍵的個數(shù)比為5：4；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：5：4；異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能；
（3）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相鄰的元素的第一電離能高，所以在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O，故答案為：Be、C、O；（4）①A．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，所以無π鍵，故錯誤；
B．六方相氮化硼層間作用力為范德華力，故正確；
C．兩種晶體中的B-N鍵均為共價鍵，故正確；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體，故錯誤；
E．立方氮化硼晶體中每個硼原子形成4個σ鍵，所以硼原子的雜化軌道類型為sp³，故正確；
F．六方氮化硼晶體結構其層結構中沒有自由電子，所以不導電，故正確；故選：BCEF；
②立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子．一個晶胞中的質量為 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，所以一個立方氮化硼晶胞的體積是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{25}{{N}_{A}}}{\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}}$=$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，故答案為：$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，考查較為全面，涉及電離能大小、化學鍵的類型、雜化類型的判斷以及有關晶體的計算，題目難度中等．