Question

4．太陽(yáng)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(yáng)能電池片在加工時(shí)，一般摻雜微量的銅、硼、鎵、硒等．
請(qǐng)回答：
（1）基態(tài)Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；已知高溫下Cu₂0比CuO更穩(wěn)定，試從銅原子核外電子結(jié)構(gòu)角度解釋其原因亞銅離子價(jià)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(yīng)生成Cu（CN）₂、Cu（SCN）₂．已經(jīng)（CN）₂分子中各原子最外層均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則1mol（CN）₂中含有π鍵的數(shù)目為4N_A．
類鹵素（SCN）₂對(duì)應(yīng)的酸有兩種，理論上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸點(diǎn)低于異硫氰酸（H-S-C=S）的沸點(diǎn)，其原因?yàn)楫惲蚯杷岱肿娱g可形成氫鍵，而硫氰酸不能．
（3）氮化硼（BN）晶體有多種結(jié)構(gòu)．六方氮化硼是通常存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作髙溫潤(rùn)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(jié)構(gòu)如圖所示．

①關(guān)于兩種晶體，下列說法正確的是bc．
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(zhì)地軟
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵
d．兩種晶體均為分子晶體
②立方氮化硼晶體中，硼原子的雜化軌道類型為sp³．
③立方氮化硼晶胞邊長(zhǎng)為acm，則其密度為$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a的代數(shù)式表示）．
④如圖1是金剛石的晶胞圖和投影圖，圖2是立方氮化硼晶胞的投影圖，請(qǐng)?jiān)趫D2中圓球上涂“●”和畫“X”分別標(biāo)明B與N的相對(duì)位置．

Answer 1

分析 （1）Cu是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，Cu原子失去一個(gè)4s電子、一個(gè)3d電子生成二價(jià)銅離子，根據(jù)構(gòu)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(shí)最穩(wěn)定，二價(jià)銅離子價(jià)電子排布式為3d⁹、亞銅離子價(jià)電子排布式為3d¹⁰，據(jù)此答題；
（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應(yīng)生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個(gè)共用電子對(duì)、C原子形成四個(gè)共用電子對(duì)、N原子形成三個(gè)共用電子對(duì)；能形成分子間氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)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）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(jià)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；
②立方相氮化硼晶體中，硼原子形成4個(gè)σ鍵、沒有孤電子對(duì)；
③立方氮化硼中，晶胞邊長(zhǎng)為a pm=a×10^-10cm，晶胞體積V=（a×10^-10cm）³，該晶胞中N原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子個(gè)數(shù)為4，根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$計(jì)算密度；
④如圖是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，每個(gè)N原子被4個(gè)B原子共用、每個(gè)B原子被4個(gè)N原子共用．

解答 解：（1）Cu是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，Cu原子失去一個(gè)4s電子、一個(gè)3d電子生成二價(jià)銅離子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫二價(jià)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(shí)最穩(wěn)定，二價(jià)銅離子價(jià)電子排布式為3d⁹、亞銅離子價(jià)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(jià)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(yīng)生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個(gè)共用電子對(duì)、C原子形成四個(gè)共用電子對(duì)、N原子形成三個(gè)共用電子對(duì)，（ SCN）₂結(jié)構(gòu)式為N≡C-S-S-C≡N，每個(gè)分子中含有4個(gè)π鍵，則1mol（SCN）₂中含有π鍵的數(shù)目為4N_A；能形成分子間氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)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(diǎn)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）①a．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，不含π鍵，屬于原子晶體，所以硬度大，故a錯(cuò)誤
b．六方相氮化硼層間作用力為范德華力，所以質(zhì)地軟，故b正確；
c．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵，故c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d錯(cuò)誤，
故選：bc；
②立方相氮化硼晶體中，硼原子形成4個(gè)σ鍵、沒有孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)目為4，采取sp³雜化，故答案為：sp³；
③立方氮化硼中，晶胞邊長(zhǎng)為a cm，晶胞體積V=（acm）³，該晶胞中N原子個(gè)數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子個(gè)數(shù)為4，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{4×25}{{N}_{A}×{a}^{3}}$g/cm³=$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³ ，
故答案為：$\frac{100}{{a}^{3}{N}_{A}}$；
④如圖是立方氮化硼晶胞沿z軸的投影圖，每個(gè)N原子被4個(gè)B原子共用、每個(gè)B原子被4個(gè)N原子共用，所以其圖為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生空間想象能力及計(jì)算能力，涉及晶胞計(jì)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(shí)點(diǎn)，注意采用三視圖確定N原子和B原子位置關(guān)系，題目難度中等．