Question

13．太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置．其材料有单晶硅，还有铜、锗、镓、硒等化合物．
（1）基态亚铜离子中电子占据的原子轨道数目为14．
（2）若基态硒原子价层电子排布式写出4s²4p_x²4p_y²，则其违背了洪特规则．
（3）如图1表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势，其中表示磷的曲线是b．
（4）单晶硅可由二氧化硅制得，二氧化硅晶体结构如图2所示，在二氧化硅晶体中，Si、O原子所连接的最小环为12元环，则每个O原子连接6个最小环．
（5）与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性，自然界中含硼元素的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作Na₂B₄O₇•12H₂O，实际上他的结构单元是由两个H₃BO₃和两个[B（OH）₄]^-缩合而成的六元环，应写成Na₂[B₄O₅（OH）₆]•8H₂O，其结构如图所示，它的阴离子可形成链状结构．       
①该晶体中不存在的作用力是C（填选项字母）．
A．离子键 B．共价键 C．金属键 D．范德华力  E．氢键
②阴离子通过氢键相互结合形成链状结构．
（6）氮化镓（GaN）的晶体结构如图4所所示．晶体中N、Ga原子的轨道杂化类型是否相同是（填“是”或“否”），判断该晶体结构中存在配位键的依据是晶胞中1个Ga与4个N原子相结合，而Ga原子中含有3个价电子，Ga提供1个空轨道与N原子提供的孤对电子形成配位键．
（7）某光电材料由锗的氧化物与铜的氧化物按一定比例熔合而成，其中锗的氧化物晶胞结构如图5所示，该物质的化学式为GeO，已知该晶胞密度为7.4g•cm^-3，晶胞边长为4.3×10^-10m，则锗的相对原子质量为72.5（保留小数点后一位）

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能级1个电子形成Cu⁺；
（2）洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时①电子尽可能分占不同的原子轨道，②自旋状态相同；
（3）同主族自上而下第一电离能减小，P元素3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故Si的第一电离能最小，P原子第四电离能为失去4s²能中1个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大；
（4）在二氧化硅晶体，可以看作在晶体硅中每个Si-Si键之间连接O原子，晶体Si中每个Si原子形成4个Si-Si键，由图可知每2个Si-Si键可以形成2个六元环，而4个Si-Si键任意2个可以形成6种组合；
每个O原子连接2个Si原子，每个Si原子和该O原子能形成3个最小环；
（5）①活泼金属和酸根离子之间存在离子键、非金属元素之间易形成共价键，含有孤电子对和含有空轨道的原子之间存在配位键；分子之间存在范德华力，水分子之间存在氢键；
②该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构；
（6）该晶体中Ga、N原子价层电子对个数都是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断N、Ga原子杂化方式是否相同；
晶胞中1个Ga与4个N原子相结合，而Ga原子中含有3个价电子，Ga提供1个空轨道与N原子提供的孤对电子形成配位键；
（7）根据均摊法计算晶胞中Ge、O原子数目，用锗的相对原子质量表示晶胞质量，再结合m=ρV计算．

解答 解：（1）Cu原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能级1个电子形成Cu⁺，Cu⁺基态时电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，其电子占据的14原子轨道，
故答案为：14；
（2）洪特规则：原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布时①电子尽可能分占不同的原子轨道，②自旋状态相同，该原子核外电子排布没有排p_z轨道，所以违反洪特规则，
故答案为：洪特规则；
（3）同主族自上而下第一电离能减小，P元素3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故Si的第一电离能最小，由图中第一电离能可知，c为Si，P原子第四电离能为失去4s²能中1个电子，为全满稳定状态，与第三电离能相差较大，可知b为P、a为C，
故答案为：b；
（4）在二氧化硅晶体，可以看作在晶体硅中每个Si-Si键之间连接O原子，晶体Si中每个Si原子形成4个Si-Si键，由图可知每2个Si-Si键可以形成2个六元环，而4个Si-Si键任意2个可以形成6种组合，则每个Si原子连接十二元环数目为6×2=12，
每个O原子连接2个Si原子，每个Si原子和该O原子能形成3个最小环，所以每个O原子能形成6个最小环，
故答案为：12；6；
（5）①钠离子和酸根离子之间存在离子键、B-H和O-H原子之间存在共价键，B和O原子之间存在配位键，水分子之间存在范德华力和氢键，所以该物质中不含金属键，故答案为：C；
②该分子中羟基上的氢原子和另一个羟基上的O原子形成氢键，所以该阴离子通过氢键相互结合形成链状结构，故答案为：氢键；
（6）该晶体中Ga、N原子价层电子对个数都是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论知N、Ga原子杂化方式相同；
晶胞中1个Ga与4个N原子相结合，而Ga原子中含有3个价电子，Ga提供1个空轨道与N原子提供的孤对电子形成配位键，
故答案为：是；晶胞中1个Ga与4个N原子相结合，而Ga原子中含有3个价电子，Ga提供1个空轨道与N原子提供的孤对电子形成配位键；
（7）晶胞中Ge原子数目为4，O原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则化学式为GeO，设锗的相对原子质量为M，则就晶胞质量为：$\frac{4×（M+16）}{{N}_{A}}$g，则：m=ρV=$\frac{4×（M+16）}{{N}_{A}}$g=7.4g．cm^-3×（4.3×l0^-8 cm）³，解得M=72.5，
故答案为：GeO；72.5．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重考查学生对物质结构、原子结构及基本理论的认识，涉及化学键、晶胞计算、元素周期律等知识点，明确原子结构、物质结构是解本题关键，难点是（4）（7）题计算，题目难度中等．