Question

3．太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用在新能源研究中占據(jù)重要地位．單晶硅太陽(yáng)能電池片在加工時(shí)，一般摻雜微量的銅、硼、鎵、硒等． 就銅、硼兩種元素請(qǐng)回答：
（1）基態(tài)Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；已知高溫下Cu₂O比CuO更穩(wěn)定，試從銅原子核外電子結(jié)構(gòu)角度解釋其原因：亞銅離子價(jià)電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)．
（2）銅與類鹵素（CN）₂、（SCN）₂反應(yīng)生成Cu（ CN）₂、Cu（ SCN）₂．其中類鹵素（ SCN）₂結(jié)構(gòu)式為N≡C-S-S-C≡N．其分子中σ鍵和π鍵的個(gè)數(shù)比為5：4；它對(duì)應(yīng)的酸有兩種，理論上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸點(diǎn)低于異硫氰酸 （H-N=C=S）的沸點(diǎn)，其原因?yàn)楫惲蚯杷岱肿娱g可形成氫鍵，而硫氰酸不能．
（3）在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O（寫(xiě)元素符號(hào)）．
（4）氮化硼（BN）晶體有多種結(jié)構(gòu)．六方氮化硼是通常存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤(rùn)滑劑；立方氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性．它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示．
①關(guān)于這兩種晶體的說(shuō)法，正確的是BCEF（填序號(hào)）．

A．立方氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
B．六方氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟
C．兩種晶體中B-N鍵均為共價(jià)鍵
D．兩種晶體均為分子晶體
E．立方氮化硼晶體，硼原子的雜化軌道類型為sp³
F．六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與石墨相似卻不導(dǎo)電，原因是其層結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自由電子
②圖2是立方氮化硼晶胞模型，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，則該晶體的密度為$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³（用含a的代數(shù)式表示，N_A 表示阿伏伽德羅常數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）Cu是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，Cu原子失去一個(gè)4s電子、一個(gè)3d電子生成二價(jià)銅離子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)二價(jià)基態(tài)銅離子的電子排布式；原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時(shí)最穩(wěn)定；
（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應(yīng)生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個(gè)共用電子對(duì)、C原子形成四個(gè)共用電子對(duì)、N原子形成三個(gè)共用電子對(duì)；能形成分子間氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)較高，異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能形成分子間氫鍵；
（3）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相鄰的元素的第一電離能高，所以在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O；
（4）①A．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵；
B．六方相氮化硼層間作用力為范德華力；
C．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體；
E．立方氮化硼晶體中每個(gè)硼原子形成4個(gè)σ鍵，所以硼原子的雜化軌道類型為sp³
F．六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)其層結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自由電子，所以不導(dǎo)電；
②立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，所以一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度．

解答 解：（1）Cu是29號(hào)元素，其原子核外有29個(gè)電子，Cu原子失去一個(gè)4s電子、一個(gè)3d電子生成二價(jià)銅離子，根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)二價(jià)銅離子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；原子軌道中電子處于半滿、全滿、全空時(shí)最穩(wěn)定，二價(jià)銅離子價(jià)電子排布式為3d⁹、亞銅離子價(jià)電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)，所以較穩(wěn)定，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；亞銅離子價(jià)電子排布式為3d¹⁰，亞銅離子核外電子處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)；
（2）銅與類鹵素（SCN）₂反應(yīng)生成Cu（SCN）₂，SCN分子中硫原子形成兩個(gè)共用電子對(duì)、C原子形成四個(gè)共用電子對(duì)、N原子形成三個(gè)共用電子對(duì)，（ SCN）₂結(jié)構(gòu)式為N≡C-S-S-C≡N，每個(gè)分子中含有4個(gè)π鍵，則1mol（SCN）₂中含有σ鍵數(shù)目為5mol，π鍵的數(shù)目為4mol，所以分子中σ鍵和π鍵的個(gè)數(shù)比為5：4；能形成分子間氫鍵的物質(zhì)熔沸點(diǎn)較高，異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能形成分子間氫鍵，所以異硫氰酸熔沸點(diǎn)高于硫氰酸，
故答案為：5：4；異硫氰酸分子間可形成氫鍵，而硫氰酸不能；
（3）同周期主族元素中第ⅡA族和ⅤA族元素比相鄰的元素的第一電離能高，所以在第二周期中第一電離能介于B和N兩元素之間的有Be、C、O，故答案為：Be、C、O；（4）①A．立方相氮化硼中N原子與B原子之間形成單鍵，所以無(wú)π鍵，故錯(cuò)誤；
B．六方相氮化硼層間作用力為范德華力，故正確；
C．兩種晶體中的B-N鍵均為共價(jià)鍵，故正確；
D．立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性，屬于原子晶體，故錯(cuò)誤；
E．立方氮化硼晶體中每個(gè)硼原子形成4個(gè)σ鍵，所以硼原子的雜化軌道類型為sp³，故正確；
F．六方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)其層結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自由電子，所以不導(dǎo)電，故正確；故選：BCEF；
②立方氮化硼晶胞中應(yīng)該含有4個(gè)N和4個(gè)B原子．一個(gè)晶胞中的質(zhì)量為 $\frac{25g}{{N}_{A}}$，a位置N原子與b位置B原子之間的距離為a cm，所以一個(gè)立方氮化硼晶胞的體積是$\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}$cm³，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{25}{{N}_{A}}}{\frac{16{a}^{3}}{3\sqrt{3}}}$=$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$，故答案為：$\frac{75\sqrt{3}}{16{a}^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，考查較為全面，涉及電離能大小、化學(xué)鍵的類型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，題目難度中等．