Question

【题目】钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-x)类高温超导材料(其中Y显+3价，Cu显+2、+3价)可由Y2(CO3)3、BaCO3和CuCO3混合在高温下反应制得。回答下列问题：

(1)Y(钇)是一种稀土金属元素，与Sc(钪)同族相邻。X在元素周期表中的位置是_______，目前的周期表中，该族共有______种元素。

(2)基态Cu3+的电子排布式为________。铜有CuO和Cu2O两种氧化物，后者比前者热稳定性强，原因是____________________________________。

(3) CO32-中C原子釆取_______杂化；第一电离能：C_____O(填“>”或“<”)。

(4)某种钇钡铜氧材料中x=0.2，则n(Cu3+):n(Cu2+)=________。

(5)如图是另一种钇钡铜氧超导材料的晶胞结构示意图，其化学式为______，晶体中Y3+的坐标是______；若其摩尓质量为Mg·mol-1，阿伏加徳罗常数的值为NA，则该晶体的密度为____g·cm-3。

Answer 1

【答案】 第5周期IIIB族 32 [Ar]3d8 Cu2O中Cu+的3d能级为全充满状态，较稳定 sp2 < 1:4 YBa2Cu3O7 (0,0,0) M/a2bNA

【解析】（1）Sc是第21号元素，处于周期表的第4周期IIIB族，所以Y在第5周期IIIB族。该族中包括Sc、Y、镧系（15个元素）、锕系（15个元素）一共32种元素。

（2）Cu为第29号元素，基态排布为[Ar]3d104s1，所以Cu3+应该失去3个电子变为：[Ar]3d8。铜有CuO和Cu2O两种氧化物，后者比前者热稳定性强，原因是Cu2O中Cu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。

（3）根据价层电子对互斥理论，CO32-的中心碳原子的价电子对为3+(4-2×3+2)/2=3对，配位数为3，所以离子为平面三角形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化。同周期从左向右第一电离能逐渐增大，所以第一电离能：C＜O。

（4）某种钇钡铜氧材料中x=0.2，则化学式为：YBa2Cu3O6.8，设其中Cu3+和Cu2+分别有X和Y个，所以有X+Y=3；再根据化合价代数之和为0，得到3+2×2+3X+2Y=2×6.8；解得：X=0.6，Y=2.4；所以n(Cu3+):n(Cu2+)=1:4。

（5）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，另外10个都在晶胞的面上，所以O有：2+10×1/2=7个；由上晶体的化学式为：YBa2Cu3O7。Y位于晶胞的顶点，所以其坐标为(0,0,0)。若其摩尓质量为Mg·mol-1，阿伏加徳罗常数的值为NA，则晶胞的质量为M/NA g，晶胞的体积为a2b cm3，所以晶胞的密度为：M/a2bNA g·cm-3。