Question

18．太阳能电池的发展已经进入了第三代．第三代就是铜铟镓硒CIGS等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池．完成下列填空：


（1）硒为第4周期元素，相邻的元素有砷和溴，则3种元素的第一电离能从大到小顺序为Br＞As＞Se（用元素符号表示）．
（2）与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性（价电子数少于价层轨道数），其化合物可与具有孤对电子的分子或离子生成加合物，如BF₃能与NH₃反应生成BF₃•NH₃．BF₃•NH₃中B原子的杂化轨道类型为sp³，B与N之间形成配位键；第一电离能介于B、N之间的元素除C外，还有O（填元素符号）
（3）单晶硅的结构与金刚石结构相似，若单晶硅晶体的密度为ρg•cm^-3，阿伏伽德罗常数的值为N_A，则Si原子之间的距离为$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm（用ρ、N_A表示，并化成最简形式），若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得如图1所示的金刚砂（SiC）结构；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为12．
（4）某科学工作者通过X射线衍射分析推测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构可能如图2所示，其中配位键和氢键均采用虚线表示．
写出图2中水合铜离子的结构简式（必须将配位键表示出来）：；亚铜离子（Cu⁺）基态时的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰．

Answer 1

分析 （1）同一周期中元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第VA族元素大于其相邻元素；
（2）根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式，提供空轨道的原子和提供孤电子对的原子之间形成配位键；第VA族元素大于其相邻元素的第一电离能；
（3）一个晶胞中的硅原子数目为$\frac{1}{8}×8$+6×$\frac{1}{2}$+4=8，令硅原子之间的距离为a，则晶胞体积v=a³，以此计算；
（4）水合铜离子中铜离子提供空轨道，水分子中氧原子提供孤电子对，形成配位键；电子排布式依据构造原理．

解答 解：（1）As、Se、Br属于同一周期且原子序数逐渐增大，这三种元素依次属于第IVA族、第VA族、第VIA族，第VA族元素大于其相邻元素的第一电离能，所以3种元素的第一电离能从大到小顺序为Br＞As＞Se，
故答案为：Br＞As＞Se；
（2）BF₃•NH₃中B原子含有3个σ 键一个配位键，所以其价层电子数是4，B原子采取sp³杂化，该化合物中，B原子提供空轨道的原子、N原子提供孤电子对，所以B、N原子之间形成配位键；第VA族元素大于其相邻元素的第一电离能，第一电离能介于B、N之间的元素除C外，还有O；
故答案为：sp³；配位；O；
（3）单晶硅与金刚石结构相似，即硅原子位于晶胞的顶点，面心和内部，则由均摊法知一个晶胞中的硅原子数目为$\frac{1}{8}×8$+6×$\frac{1}{2}$+4=8．令硅原子之间的距离为a，则晶胞体积v=a³，由v=$\frac{m}{ρ}$，晶胞质量为8个硅原子的质量m=$\frac{28×8}{{N}_{A}}$g，则ρ=$\frac{\frac{28×8}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$，a=$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm，
每个碳原子连接4个硅原子，每个硅原子又连接其他3个碳原子，所以每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×4=12，
故答案为：$\root{3}{\frac{224}{{N}_{A}ρ}}$cm；12；
（4）水合铜离子中铜离子提供空轨道，水分子中氧原子提供孤电子对，形成配位键，配体数为4，则水合铜离子的结构简式为：；铜是29号元素，根据构造原理，铜原子基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，则亚铜离子基态电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰
故答案为：；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰ 或[Ar]3d¹⁰．

点评 本题综合考查原子结构与元素周期率知识，为高考常见题型，涉及第一电离能大小顺序，杂化方式，晶体密度计算及晶胞结构，配合物成键状况及配合物结构简式的书写，以及原子的核外电子排布式，题目难度中等，晶体密度及结构相对较难．