Question

【题目】钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-x)是一种高温超导材料(其中Y显+3价，Cu显+2、+3价)，最早是将BaCO3、Y2(CO3)3和CuCO3混合在高温下反应制备的。

请回答下列问题:

（1）Y(钇)是一种重要的稀土金属，与Sc(钪)同族相邻。则Y原子核外有___________个价电子。Y位于元素周期表的___________区。

（2）在BaCO3中，CO32-的空间构型为___________，C原子采取___________杂化；BaCO3、CaCO3受热分解分别生成BaO、CaO，BaO、CaO熔点较高的是___________ (填化学式)。

（3）基态Cu3+的核外电子排布式为___________。

（4）若YBa2Cu3O7-x(0≤x≤0.5)材料在T ℃下有超导性，当x=0.2时，n(Cu3+)∶n(Cu2+)=___________。

（5）铜有两种氧化物:CuO和Cu2O，后者比前者的热稳定性强，原因是___________。

（6）如图是某种超导材料A的晶胞结构示意图，其化学式为___________。若A的摩尔质量为M g·mol-1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶胞参数为apm、apm、bpm，则晶体的密度为___________g·cm-3。

Answer 1

【答案】3 d 平面正三角形 sp2 CaO [Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8 1∶4 Cu2O中Cu+的3d能级为全充满状态，较稳定 YBa2Cu3O7

【解析】

（1）Sc(钪)位于第ⅢB族，有3个价电子，所以Y也有3个价电子，第ⅢB族元素属于d区；

（2）碳酸根离子中的中心原子碳的价层电子对数为（4+0×3+2）/2=3，所以为sp2杂化，碳与3个氧成键，空间构型为平面正三角形，BaO、CaO中，阴、阳离子所带电荷数均相同，但Ca2+半径较小，CaO的晶格能较大，熔点较高；

（3）基态铜原子的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，失去3个电子成为1s22s22p63s23p63d8；

（4）根据化合物中各元素的化合价代数和为0进行计算；

（5）Cu2O中Cu的化合价为+1价，失去最外层的1个电子，变为[Ar]3d10的结构，此时3d能级达到全满的稳定结构，所以Cu2O的稳定性较强；

（6）根据“均摊法”进行计算；

（7）根据质量除以体积既得密度。

（1）Sc(钪)位于第ⅢB族，有3个价电子，所以Y也有3个价电子，第ⅢB族元素属于d区，故答案为：3，d。

（2）碳酸根离子中的中心原子碳的价层电子对数为（4+0×3+2）/2=3，所以为sp2杂化，碳与3个氧成键，空间构型为平面正三角形，BaO、CaO中，阴、阳离子所带电荷数均相同，但Ca2+半径较小，CaO的晶格能较大，熔点较高，故答案为：平面正三角形，sp2，CaO。

（3）铜是29号元素，基态铜原子的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1，失去3个电子成为1s22s22p63s23p63d8，故Cu3+的核外电子排布式为：[Ar]3d8，故答案为：[Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8。

（4）当x=0.2时，则化学式为：YBa2Cu3O6.8，假设+3价Cu个数为a，+2价Cu个数为b，，根据YBa2Cu3O7-x中各元素化合价代数和为0可知：+3+（+2）×2+（+3）×a+（+2）×b+（-2）×6.8=0，则3a+2b=6.6，且a+b=3，可解得a=0.6，b=2.4，即n(Cu3+)∶n(Cu2+)=0.4：2.4=1：4，故答案为：1：4。

（5）铜有CuO和Cu2O两种氧化物，后者比前者的热稳定性强，原因是Cu2O中Cu的化合价为+1价，失去最外层的1个电子，变为[Ar]3d10的结构，此时3d能级达到全满的稳定结构，所以Cu2O的稳定性较强，故答案为：Cu2O中Cu+的3d能级为全充满状态，较稳定。

（6）Y有8个在顶点，所以Y有8×1/8=1个，Ba有8个在棱边上，所以Ba有8×1/4=2个，Cu都在晶胞内部有3个，O有2个在晶胞内部，另外有10个都在晶胞的面上，所以O有2+10×1/2=7个，由上可知晶体的化学式为：YBa2Cu3O7，故答案为：YBa2Cu3O7。

（7）1个晶胞的体积为(a×10-10cm)2×b×10-10cm=a2b×10-30cm3，A的摩尔质量为Mgmol-1，阿伏加德罗常数的值为NA，则1个晶胞的质量为M/NAg，根据ρ=m/V=M/NAg÷a2b×10-30cm3=1030M/a2bNAg·cm-3，故答案为：1030M/a2bNA。