Question

9．铜、镓、硒、硅等元素的化合物是生产第三代太阳能电池的重要材料．请回答：
（1）基态铜原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；已知高温下CuO→Cu₂O+O₂，从铜原子价层电子结构（3d和4s轨道上应填充的电子数）变化角度来看，能生成Cu₂O的原因是CuO中铜的价层电子排布为3d ⁹4s⁰，Cu₂O中铜的价层电子排布为3d¹⁰，后者处于稳定的全充满状态而前者不是．
（2）硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物，则它们形成的组成最简单的氢化物中，分子构型分别为V形、正四面体，若“Si-H”中共用电子对偏向氢元素，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，则硒与硅的电负性相对大小为Se＞Si（填“＞”、“＜”）．
（3）SeO₂常温下白色晶体，熔点为340～350℃，315℃时升华，则SeO₂固体的晶体类型为分子晶体；若SeO₂类似于SO₂是V型分子，则Se原子外层轨道的杂化类型为sp²．
（4）与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性（价电子数少于价层轨道数），其化合物可与具有孤对电子的分子或离子生成配合物，如BF₃能与NH₃反应生成BF₃•NH₃．BF₃•NH₃中B原子的杂化轨道类型为sp³，B与N之间形成配位键．
（5）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如右图所示；则金刚砂晶体类型为原子晶体，在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为12个；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为$\frac{4×40}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Cu元素为29号元素，原子核外有29个电子，根据能量最低原理书写核外电子排布式；原子轨道处于全空、半满或全满时最稳定；
（2）硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物分别为H₂Se、SiH₄，其分子结构分别与H₂O，CH₄相似；若“Si-H”中键合电子偏向氢原子，说明硅显正价，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，硒显负价；
（3）SeO₂常温下白色晶体，熔、沸点低，为分子晶体；根据价层电子对互斥理论计算杂化类型；
（4）BF₃•NH₃中B原子含有3个σ 键和1个配位键，所以其价层电子数是4，B原子采取sp³杂化，该化合物中，B原子提供空轨道的原子、N原子提供孤电子对；
（5）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，属于原子晶体；以顶点碳原子研究，与之最近的碳原子处于面心；根据均摊法计算晶胞中C、Si原子数目，用阿伏伽德罗常数表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$求算密度．

解答 解：（1）Cu元素为29号元素，原子核外有29个电子，所以核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，
CuO中铜的价层电子排布为3d⁹4s⁰，Cu₂O中铜的价层电子排布为3d¹⁰，3d¹⁰为稳定结构，所以在高温时，能生成Cu₂O，即稳定性是CuO＜Cu₂O，高温时可以生成Cu₂O，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；CuO中铜的价层电子排布为3d ⁹4s⁰，Cu₂O中铜的价层电子排布为3d¹⁰，后者处于稳定的全充满状态而前者不是；
（2）硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物分别为H₂Se，SiH₄，其分子结构分别V形，正四面体；若“Si-H”中键合电子偏向氢原子，说明硅显正价，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，硒显负价，所以硒与硅的电负性相对大小为Se＞Si，
故答案为：V形、正四面体；＞；
（3）SeO₂常温下白色晶体，熔、沸点低，为分子晶体，二氧化硒分子中价层电子对=2+$\frac{1}{2}$（6-2×2）=3，Se原子的杂化类型为sp²，
故答案为：分子晶体；sp²；
（4）BF₃•NH₃中B原子含有3个σ 键和1个配位键，所以其价层电子数是4，B原子采取sp³杂化，该化合物中，B原子提供空轨道的原子、N原子提供孤电子对，所以B、N原子之间形成配位键，
故答案为：sp³；配位；
（5）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，属于原子晶体，以顶点碳原子研究，与之最近的碳原子处于面心，所以每个C原子周围最近的C原子数目为$\frac{3×8}{2}$=12，
该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，晶胞质量为4×$\frac{28+12}{{N}_{A}}$g，晶胞边长=a×10^-10cm，体积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，
故答案为：原子；12；$\frac{4×40}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电负性、空间构型与杂化方式判断、晶体类型与性质、晶胞计算等，掌握均摊法进行晶胞的有关计算，需要学生具备扎实的基础．