Question

10．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．回答下列问题：
（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，氮原子提供孤电子对．
（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$\frac{25×4}{（365.1×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³．（只要求列算式）．

Answer 1

分析 （1）Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去一个4s电子、一个3d电子生成二价铜离子，根据构造原理书写二价铜离子的电子排布式；原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定；
（2）利用均摊法可确定晶胞中氧离子的数目；
（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）铜与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成两个共用电子对、C原子形成四个共用电子对、N原子形成三个共用电子对，（SCN）₂结构式为N≡C-S-S-C≡N，每个分子中含有4个π键；能形成分子间氢键的物质熔沸点较高；
（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原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论确定B原子的杂化方式，B与N之间形成配位键，氮取子提供孤电子对；
（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；
立方氮化硼中，晶胞边长为361.5pm=361.5×10^-10cm，晶胞体积=（361.5×10^-10cm）³，该晶胞中N原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子个数为4，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$．

解答 解：（1）Cu是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去一个4s电子、一个3d电子生成二价铜离子，根据构造原理书写二价铜离子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；原子轨道中电子处于半满、全满、全空时最稳定，二价铜离子价电子排布式为3d⁹、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，所以较稳定，
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）根据均摊法可知晶胞中氧离子的数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=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，所以故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）铜与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成两个共用电子对、C原子形成四个共用电子对、N原子形成三个共用电子对，（SCN）₂结构式为N≡C-S-S-C≡N，每个分子中含有4个π键，则1mol（SCN）₂中含有π键的数目为4N_A；能形成分子间氢键的物质熔沸点较高，异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能形成分子间氢键，所以异硫氰酸熔沸点高于硫氰酸，
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）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原子价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论确定B原子的杂化方式为sp³，B与N之间形成配位键，N原子含有孤电子对，所以氮原子提供孤电子对，
故答案为：sp³；孤电子对；
（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；
立方氮化硼中，晶胞边长为361.5pm=361.5×10^-10cm，晶胞体积=（361.5×10^-10cm）³，该晶胞中N原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、B原子个数为4，立方氮化硼的密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{25×4}{{N}_{A}}}{（365.1×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³=$\frac{25×4}{（365.1×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：分子间作用力；$\frac{25×4}{（365.1×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，侧重考查学生空间想象能力及计算能力，涉及晶胞计算、原子杂化方式判断、配位键及氢键、原子核外电子排布等知识点，难点是晶胞计算及（5）题，题目难度中等．