Question

12．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．回答下列问题：
（1）基态铜原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；已知高温下CuO-→Cu₂0+0₂，试从铜原子价层电子结构变化角度解释这一反应发生的原因：Cu²⁺的价电子结构为3d⁹，Cu⁺的价电子结构为3d¹⁰，3d¹⁰为稳定结构，所以在高温时，Cu²⁺得一个电子变成稳定结构的Cu⁺．
（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”中键合电子偏向氢元素，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．
（3）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．
（4）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如图所示；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，若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度为$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³．

Answer 1

分析 （1）根据元素符号，判断元素原子的核外电子数，再根据核外电子排布规律来写；Cu⁺的核外有28个电子，根据构造原理书写其基态离子核外电子排布式，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）根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式，提供空轨道的原子和提供孤电子对的原子之间形成配位键；
（4）根据原子晶体的硬度大；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=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算其密度．

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；Cu²⁺的价电子结构为3d⁹，Cu⁺的价电子结构为3d¹⁰，3d¹⁰为稳定结构，所以在高温时，Cu²⁺得一个电子变成稳定结构的Cu⁺；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Cu²⁺的价电子结构为3d⁹，Cu⁺的价电子结构为3d¹⁰，3d¹⁰为稳定结构，所以在高温时，Cu²⁺得一个电子变成稳定结构的Cu⁺；
（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；Se＞Si；
（3）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；
（4）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，属于原子晶体；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=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，晶胞边长=a×10^-10cm，体积V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{{N}_{A}}}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm³=$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³；
故答案为：原子晶体；12；$\frac{1.6×1{0}^{32}}{{N}_{A}}a$g•cm³．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、原子杂化判断、原子核外电子排布式的书写等知识点，难点是晶胞计算，题目难度中等．