Question

7．太阳能的开发利用在新能源研究中占据重要地位，单晶硅太阳能电池片在加工时，一般掺杂微量的铜、锎、硼、镓、硒等．回答下列问題：
（1）二价铜离子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．已知高温下Cu₂O比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构变化角度解释亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态．
（2）如图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为4．
（3）往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH₃）₄]²⁺配离子．已知NF₃与NH₃的空间构型都是三角锥形，但NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，其原因是：F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键．
（4）铜与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，1mol（SCN）₂中含有π键的数目为4N_A，类卤素（SCN）₂对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H-S-C≡N ）的沸点低于异硫氰酸（H-N=C=S）的沸点．其原因是异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能
（5）硼元素具有缺电子性，其化合物可与具有孤电子对的分子或离子形成配合物，如BF₃能与NH₃反应生成BF₃•NH₃在BF₃•NH₃中B原子的杂化方式为sp³，B与N之间形成配位键，氮原子提供孤对电子．
（6）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力．
六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构和硬度都与金刚石相似，晶胞边长为361.5pm，立方氮化硼的密度是$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³．（只要求列算式）．

Answer 1

分析 （1）Cu元素原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，4s、3d能级各失去1个电子形成Cu²⁺；亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态；
（2）阴离子处于晶胞的体心、面心、顶点与棱上，利用均摊法计算；
（3）F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键；
（4）（SCN）₂的结构式为N≡C-S-S-C≡N，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键；H-N=C=S分子间有氢键，沸点高于H-S-C≡N；
（5）BF₃•NH₃中B原子形成4个σ键、没有孤对电子，杂化轨道数目为4；B原子含有空轨道，N原子含有孤对电子；
（6）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力；
在金刚石的晶胞中含有的碳原子数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼与金刚石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的数目各有4个，计算晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算立方氮化硼的密度．

解答 解：（1）Cu元素原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，4s、3d能级各失去1个电子形成Cu²⁺，铜离子核外电子排布为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态，高温下Cu₂O比CuO更稳定，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；亚铜离子价电子排布式为3d¹⁰，亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态；
（2）阴离子处于晶胞的体心、面心、顶点与棱上，晶胞中阴离子数目为1+8×$\frac{1}{8}$+2×$\frac{1}{2}$+4×$\frac{1}{4}$=4，
故答案为：4；
（3）F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键，故NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，
故答案为：F的电负性比N大，N-F成键电子对偏向F，导致NF₃中氮原子核对其孤电子对的吸引能力增强，难以形成配位键；
（4）（SCN）₂的结构式为N≡C-S-S-C≡N，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键，1mol（SCN）₂中含有π键的数目为4N_A，异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能，故异硫氰酸的沸点较高，
故答案为：4N_A；异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能；
（5）BF₃•NH₃中B原子形成4个σ键、没有孤对电子，杂化轨道数目为4，B原子采取sp³杂化；B原子含有空轨道，N原子含有孤对电子，形成配位键中N原子提供孤对电子，
故答案为：sp³；孤对电子；
（6）六方氮化硼晶体结构与石墨晶体相似，层间相互作用为分子间作用力；
在金刚石的晶胞中含有的碳原子数为4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，立方氮化硼与金刚石相似，所以氮化硼晶胞中硼原子和氮原子的数目各有4个，晶胞质量为4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g，晶胞边长为361.5pm，则氮化硼的密度为4×$\frac{25}{{N}_{A}}$g÷（361.5×10^-10cm）³=$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cmˉ³，
故答案为：分子间作用力；$\frac{4×25}{{N}_{A}×（361.5×1{0}^{-10}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、晶胞结构与计算、配合物、杂化方式、化学键等，（6）中密度计算为易错点，注意识记中学常见晶胞结构，难度中等．