Question

【题目】新型钙钛矿型太阳能电池以其稳定、高效、便宜和便于制造等优点被科学家所青睐。这种钙钛矿型太阳能电池材料为层状结构。具体如图1所示。

(1)基态Ti原子的电子排布式为____；同周期的基态原子与其未成对电子数相同的元素还有________种。

(2)光敏钙钛矿的晶胞结构如图2所示。

①写出与CH3NH3+互为等电子体的一种分子的化学式：__，C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为____（用元素符号表示），CH3NH3+中含有的化学键类型有____。

②光敏钙钛矿的化学式为________；每个CH3NH3+周围最近且等距离的Br-数目为__。

③若该光敏钙钛矿的摩尔质量为M g·mol-1，晶胞参数为anm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为____ g．cm-3（用含M、a、NA的代数式表示）。

(3)石墨炔的结构如图3所示，其中碳原子的轨道杂化类型是 _____ ，36 g石墨炔中含有σ键的数目为____。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2 3 CH3CH3 N>O>C 共价键，配位键 PbCH3NH3Br3 12 sp2、sp 3.5NA

【解析】

（1）Ti是22号元素，根据构造原理写出基态Ti原子的电子排布式；Sc原子的未成对电子数为2，根据核外电子排布规律寻找同周期中未成对电子数为2的其它元素；

（2）①与CH3NH3+互为等电子体的一种分子可以用C原子替换N原子与1个单位正电荷，为：CH3CH3；同周期随原子序数增大，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，N元素的2p能级为半充满稳定状态，失去第一个电子需要的能量更高，故第一电离能最高；CH3NH3+中含有的化学键类型有共价键，配位键；

②根据均摊法，计算晶胞中CH3NH3+、Pb2+、Br-的数目，进而判断化学式；顶点的CH3NH3+与面心Br-距离最近，每个面为2个晶胞共用，故每个CH3NH3+周围最近且等距离的Br-数目为12；

③根据上一问计算的微粒数，先计算晶胞的质量g，再计算晶体密度；

（3）判断C原子的价层电子对数，从而判断其杂化方式；石墨炔的晶胞中，每有1个取sp2杂化的碳原子，就有2个sp杂化的碳原子，则根据均摊法，可得每3个碳原子形成2+0.5+0.5+0.5=3.5个σ键，再计算36g石墨炔的碳原子物质的量，进而计算含有σ键的数目。

（1）Ti是22号元素，基态Ti原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；Sc原子的未成对电子数为2，同周期，基态原子与其未成对电子数相同，则元素原子的价电子排布式为3d84s2、4s24p2、4s24p4，共有3种；

故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；3；

（2）①与CH3NH3+互为等电子体的一种分子可以用C原子替换N原子与1个单位正电荷，该等电子体分子为：CH3CH3；同周期随原子序数增大，原子半径逐渐减小，第一电离能呈增大趋势，N元素的2p能级为半充满稳定状态，失去第一个电子需要的能量更高，故第一电离能最高，第一电离能为：N>O>C；CH3NH3+中含有的化学键类型有共价键，配位键；

故答案为：CH3CH3；N>O>C；共价键，配位键；

②晶胞中，CH3NH3+数目为，Pb2+数目为1，Br-数目为，则化学式为PbCH3NH3Br；

顶点的CH3NH3+与面心Br-距离最近，每个面为2个晶胞共用，故每个CH3NH3+周围最近且等距离的Br-数目为12；

故答案为：PbCH3NH3Br3；12；

③晶胞质量为g，晶体密度为；

故答案为：；

（3）六元环上碳原子形成3个σ键，而碳碳三键中碳原子形成2个σ键，且均无孤电子对，则C原子的价层电子对数分别为3、2，分别采取sp2、sp杂化；石墨炔的晶胞中，每有1个取sp2杂化的碳原子，就有2个sp杂化的碳原子，则根据均摊法，可得每3个碳原子形成2+0.5+0.5+0.5=3.5个σ键，36g石墨炔含有碳原子为，故含有σ键的数目为3.5NA；

故答案为：sp2、sp；3.5NA。,