Question

20．发展低成本、新型太阳能是解决未来社会能源问题的有效途径．目前，太阳能电池的发展已经进入了第三代，其常用材料除单晶硅，还有铜铟镓硒等化物质．完成下列填空：
（1）与铜同周期、基态原子最外层电子数相同的过渡元素，其基态原子的电子排布式[Ar]3d⁵4s¹或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹．
（2）硒为第四周期元素，相邻的元素有砷和溴，则这3种元素的第一电离能从大到小顺序（用元素符号表示）Br＞As＞Se．
（3）硼元素与镓元素处于同一主族，三氟化硼分子的空间构型是平面三角形；三溴化硼、三氯化硼分子结构与三氟化硼相似，如果把B-X键都当作单键考虑来计算键长，理论值与实测键长结果如表．硼卤键长实测值比计算值要短得多，可能的原因是B与X原子之间还形成了π键．

键长/（pm）	B-F	B-Cl	B-Br
计算值	152	187	199
实测值	130	175	187

（4）金属铜能形成多种配合物，如复合物氯化羰基亚铜[Cu₂C1₂（CO）₂•2H₂O]，其结构如图1．
①该配合物中Cl原子的杂化类型为sp³．
②该配合物中的配位体有3种．
（5）金属Cu单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，反应的离子方程式为Cu+H₂O₂+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+2OH^-+4H₂O；
（6）单晶硅的结构与金刚石结构相似（如图2），若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子，则得如图2所示的金刚砂（SiC）结构．在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为12；若SiC晶体密度为ag．cm^-3，SiC的摩尔质量为M g．mol^-1，阿伏伽德罗常数用N_A表示，则Si与C最近的距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$ cm （列式表示）．

Answer 1

分析 （1）与铜同周期、基态原子最外层电子数相同的过渡元素，为24号元素Cr，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（3）三氟化硼分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该微粒空间构型；硼卤键长实测值比计算值要短得多，可能的原因是B与X原子间还有π键形成；
（4）①该配合物中，每个Cl原子价层电子对个数是4且含有两个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断Cl原子杂化类型；
②该配合物的配体有Cl、CO、H₂O；
（5）Cu、双氧水、一水合氨发生氧化还原反应生成铜氨络合离子、氢氧根离子和水；
（6）每个碳原子连接4个硅原子，每个硅原子又连接其它3个碳原子，据此判断每个C原子周围最近的C原子数目；
该晶胞中C原子个数是4，Si原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该晶胞体积=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{a}$cm³，该晶胞边长=$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，晶胞体长=$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，Si与C最近的距离为晶胞体长的$\frac{1}{4}$．

解答 解：（1）与铜同周期、基态原子最外层电子数相同的过渡元素，为24号元素Cr，位于周期表中d区，其基态原子的电子排布式为[Ar]3d⁵4s¹或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，故答案为：[Ar]3d⁵4s¹或1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
（2）同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以这三种元素第一电离能大小顺序是Br＞As＞Se，
故答案为：Br＞As＞Se；
（3）三氟化硼分子中B原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论知，该微粒空间构型平面三角形；硼卤键长实测值比计算值要短得多，可能的原因是B与X原子间还有π键形成，
故答案为：平面三角形；B与X原子之间还形成了π键；
（4）①该配合物中，每个Cl原子价层电子对个数是4且含有两个孤电子对，根据价层电子对互斥理论知，Cl原子杂化类型为sp³，故答案为：sp³；
②该配合物的配体有Cl、CO、H₂O，所以配体有3种，故答案为：3；
（5）Cu、双氧水、一水合氨发生氧化还原反应生成铜氨络合离子、氢氧根离子和水，离子方程式为Cu+H₂O₂+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+2OH^-+4H₂O，
故答案为：Cu+H₂O₂+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+2OH^-+4H₂O；
（6）每个碳原子连接4个硅原子，每个硅原子又连接其它3个碳原子，所以每个C原子周围最近的C原子数目为3×4=12；
该晶胞中C原子个数是4，Si原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该晶胞体积=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{a}$cm³，该晶胞边长=$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，晶胞体长=$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，Si与C最近的距离为晶胞体长的$\frac{1}{4}$=$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$cm，
故答案为：12；$\frac{\sqrt{3}}{4}×\root{3}{\frac{4M}{a{N}_{A}}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、原子核外电子排布、原子杂化方式判断、微粒空间构型判断等知识点，综合性较强，利用均摊法、构造原理、价层电子对互斥理论等知识点分析解答，难点是晶胞计算，注意C、Si原子最近距离与晶胞体长关系，题目难度中等．