Question

9．太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置．其材料有單晶硅，還有銅、鍺、鎵、硒等化合物．

（1）基態(tài)亞銅離子中電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目為14．
（2）若基態(tài)硒原子價層電子排布式寫成4s²4p_x²4p_y⁴，則其違背了洪特規(guī)則．
（3）圖1表示碳、硅和磷元素的四級電離能變化趨勢，其中表示磷的曲線是b（填標號）．
（4）單晶硅可由二氧化硅制得，二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，在二氧化硅晶體中，Si、O原子所連接的最小環(huán)為12元環(huán)，則每個O原子連接6個最小環(huán)．
（5）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性．自然界中含硼元素的鈉鹽是一種天然礦藏，其化學(xué)式寫作Na₂B₄O₇•10H₂O，實際上它的結(jié)構(gòu)單元是由兩個H₃BO₃和兩個[B（OH）₄]^-縮合而成的雙六元環(huán)，應(yīng)該寫成Na₂[B₄O₅（OH）₄]8H₂O．其結(jié)構(gòu)如圖3所示，它的陰離子可形成鏈狀結(jié)構(gòu)．
①該晶體中不存在的作用力是C（填選項字母）．
A．離子鍵B．共價鍵C．金屬鍵n．范德華力E．氫鍵
②陰離子通過氫鍵相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)．
（6）氮化嫁（GaN）的晶體結(jié)構(gòu)如圖4所示．晶體中N、Ga原子的軌道雜化類型是否相同是（填“是”或“否”），判斷該晶體結(jié)構(gòu)中存在配位鍵的依據(jù)是晶胞中1個Ga與4個N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵．
（7）某光電材料由鍺的氧化物與銅的氧化物按一定比例熔合而成，其中鍺的氧化物晶胞結(jié)構(gòu)如圖5所示，該物質(zhì)的化學(xué)式為GeO．已知該晶體密度為7.4g/cm³，晶胞邊長為4.3×10^-10m．則鍺的相對原子質(zhì)量為72.5（保留小數(shù)點后一位）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個電子形成Cu⁺，據(jù)此判斷電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目；
（2）根據(jù)洪特規(guī)則，核外電子在同一能層上盡可能占據(jù)不同的軌道，據(jù)此答題；
（3）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故Si的第一電離能最小，P原子第四電離能為失去4s²能中1個電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大；
（4）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個Si-Si鍵之間連接O原子，Si、O原子所連接的最小環(huán)為12元環(huán)，晶體Si中每個Si原子形成4個Si-Si鍵，由圖2可知每個Si-O-Si鍵可以形成6個12元環(huán)；
（5）根據(jù)圖3可知，Na₂[B₄O₅（OH）₄]8H₂O中存在離子鍵、共價鍵、范德華力、氫鍵，陰離子為[B₄O₅（OH）₄]^2-，可以通過氫鍵相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，據(jù)此答題；
（6）根據(jù)GaN的晶體結(jié)構(gòu)圖可知，每個鎵原子或每個氮原子周圍都形成四個共價鍵，所以它們的雜化方式都是sp³，晶胞中1個Ga與4個N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵；
（7）根據(jù)均攤法計算晶胞中Ge、O原子數(shù)目，用鍺的相對原子質(zhì)量表示晶胞質(zhì)量，再結(jié)合m=ρV計算．

解答 解：（1）Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個電子形成Cu⁺，其電子占據(jù)的14原子軌道，
故答案為：14；
（2）根據(jù)洪特規(guī)則，核外電子在同一能層上盡可能占據(jù)不同的軌道，所以基態(tài)硒原子價層電子排布式寫成4s²4p_x²4p_y⁴，違背了洪特規(guī)則，
故答案為：洪特規(guī)則；
（3）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故Si的第一電離能最小，由圖中第一電離能可知，c為Si，P原子第四電離能為失去4s²能中1個電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大，可知b為P、a為C，
故答案為：b；
（4）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個Si-Si鍵之間連接O原子，Si、O原子所連接的最小環(huán)為12元環(huán)，晶體Si中每個Si原子形成4個Si-Si鍵，由圖2可知每個Si-O-Si鍵可以形成6個12元環(huán)，
故答案為：12；6；
（5）根據(jù)圖3可知，Na₂[B₄O₅（OH）₄]8H₂O中存在離子鍵、共價鍵、范德華力、氫鍵，不存在金屬鍵，故選C，陰離子為[B₄O₅（OH）₄]^2-，可以通過氫鍵相互結(jié)合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，
故答案為：C；氫鍵；
（6）根據(jù)GaN的晶體結(jié)構(gòu)圖可知，每個鎵原子或每個氮原子周圍都形成四個共價鍵，所以它們的雜化方式都是sp³，晶胞中1個Ga與4個N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵，
故答案為：是；晶胞中1個Ga與4個N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個價電子，Ga提供1個空軌道與N原子提供的孤對電子形成配位鍵；
（7）晶胞中Ge原子數(shù)目為4，O原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則化學(xué)式為GeO，設(shè)鍺的相對原子質(zhì)量為M，則就晶胞質(zhì)量為：$\frac{4×（M+16）}{6.02×10{\;}^{23}}$g，則：$\frac{4×（M+16）}{6.02×10{\;}^{23}}$g=7.4g．cm^-3×（4.3×l0^-8 cm）³，解得M=72.5，
故答案為：GeO；72.5．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、晶胞結(jié)構(gòu)與計算、配合物、雜化軌道等，（3）注意根據(jù)洪特規(guī)則特例理解電離能劇增問題，（4）為易錯點，需要學(xué)生具備一定的空間想象與觀察能力．