Question

3．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、硼、镓、硒等． 就铜、硼两种元素请回答：
（1）基态Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；已知高温下Cu₂O比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构角度解释其原因：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）铜与类卤素（CN）₂、（SCN）₂反应生成Cu（ CN）₂、Cu（ SCN）₂．其中类卤素（ SCN）₂结构式为N≡C-S-S-C≡N．其分子中σ键和π键的个数比为5：4；它对应的酸有两种，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，其原因为异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能．
（3）在第二周期中第一电离能介于B和N两元素之间的有Be、C、O（写元素符号）．
（4）氮化硼（BN）晶体有多种结构．六方氮化硼是通常存在的稳定结构，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性．它们的晶体结构如图1所示．
①关于这两种晶体的说法，正确的是BCEF（填序号）．

A．立方氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
B．六方氮化硼层间作用力小，所以质地软
C．两种晶体中B-N键均为共价键
D．两种晶体均为分子晶体
E．立方氮化硼晶体，硼原子的杂化轨道类型为sp³
F．六方氮化硼晶体结构与石墨相似却不导电，原因是其层结构中没有自由电子
②图2是立方氮化硼晶胞模型，a位置N原子与b位置B原子之间的距离为a cm，则该晶体的密度为$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a的代数式表示，N_A 表示阿伏伽德罗常数）．

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基态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）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；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；
（3）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相邻的元素的第一电离能高，所以在第二周期中第一电离能介于B和N两元素之间的有Be、C、O；
（4）①A．立方相氮化硼中N原子与B原子之间形成单键；
B．六方相氮化硼层间作用力为范德华力；
C．两种晶体中的B-N键均为共价键；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性，属于原子晶体；
E．立方氮化硼晶体中每个硼原子形成4个σ键，所以硼原子的杂化轨道类型为sp³
F．六方氮化硼晶体结构其层结构中没有自由电子，所以不导电；
②立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子与b位置B原子之间的距离为a cm，所以一个立方氮化硼晶胞的体积是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

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）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σ键数目为5mol，π键的数目为4mol，所以分子中σ键和π键的个数比为5：4；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：5：4；异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸不能；
（3）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相邻的元素的第一电离能高，所以在第二周期中第一电离能介于B和N两元素之间的有Be、C、O，故答案为：Be、C、O；（4）①A．立方相氮化硼中N原子与B原子之间形成单键，所以无π键，故错误；
B．六方相氮化硼层间作用力为范德华力，故正确；
C．两种晶体中的B-N键均为共价键，故正确；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性，属于原子晶体，故错误；
E．立方氮化硼晶体中每个硼原子形成4个σ键，所以硼原子的杂化轨道类型为sp³，故正确；
F．六方氮化硼晶体结构其层结构中没有自由电子，所以不导电，故正确；故选：BCEF；
②立方氮化硼晶胞中应该含有4个N和4个B原子．一个晶胞中的质量为 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子与b位置B原子之间的距离为a cm，所以一个立方氮化硼晶胞的体积是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根据ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{25}{{N}_{A}}}{\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}}$=$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，故答案为：$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，考查较为全面，涉及电离能大小、化学键的类型、杂化类型的判断以及有关晶体的计算，题目难度中等．