Question

【题目】钙钛矿太阳能电池具有转化效率高、低成本等优点，是未来太阳能电池的研究方向。回答下列问题：

(1)下列状态的钙中，电离最外层一个电子所需能量最大的是__________(填字母标号)。

A.[Ar]4s1 B.[Ar]4s2 C.[Ar]4s14p1 D.[Ar]4p1

(2)基态钛原子的核外价电子轨道表达式为____________。

(3)一种有机金属卤化钙钛矿中含有NH2－CH＝NH2＋，该离子中氮原子的杂化类型为___________，其对应分子NH2－CH＝NH的熔沸点高于CH3CH2CH＝CH2的熔沸点的原因为__________。

(4)一种无机钙钛矿CaxTiyOz的晶体结构如图所示，则这种钙钛矿化学式为___________，已知Ca和O离子之间的最短距离为a pm，设阿伏加德罗常数的值为NA，则这种钙钛矿的密度是___________g·cm－3(列出计算表达式)。

(5)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中原子1的坐标为(，，)，则原子2和3的坐标分别为__________、__________。

Answer 1

【答案】A sp2和sp3 NH2—CH=NH分子间可形成氢键，熔沸点比CH3CH2CH=CH2高 CaTiO3 (0，1，1)

【解析】

(1)[Ar]4s1属于基态的Ca+，由于Ca的第二电离能高于其第一电离能，故其在失去一个电子所需能量较高，[Ar]4s2属于基态的Ca原子，其失去一个电子变为基态Ca+，[Ar]4s14p1属于激发态Ca原子，其失去以电子所需要的能量低于基态Ca原子，[Ar]4p2属于激发态的Ca+，其失去一个电子所需要的能量低于基态的Ca+，综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ar]4s1，A正确，故答案为：A；

(2)基态Ti原子的原子序数为22，其核外价电子排布式为3d24s2，轨道表达式为，故答案为：；

(3)NH2—CH=NH2+中左边的N有3对共用电子对，还有1对孤电子对，则价层电子对为4，杂化类型为sp3，右边的N与C形成双键杂化类型为sp2，NH2—CH=NH分子间可形成氢键，熔沸点比CH3CH2CH=CH2高，故答案为：sp2和sp3；NH2—CH=NH分子间可形成氢键，熔沸点比CH3CH2CH=CH2高；

(4)根据钙钛矿CaxTiyOz的晶体结构分析，Ca2+位于晶胞的体心，Ti4+位于晶胞的顶点，O2-位于以Ti4+为体心的正八面体的顶点，则一个晶胞中含有1个Ca2+，1个Ti4+和3个O2-，则化学式为CaTiO3，Ca2+和O2-之间的最短距离为a pm，则晶胞参数为pm，一个晶胞相当于有一个CaTiO3，根据密度公式可得，故答案为：CaTiO3；；

(6)根据坐标建立的方向，由原子1的坐标为，则原子2的坐标为(0，1，1)，原子3的坐标为，故答案为：(0，1，1)；。