Question

9．太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置．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，二氧化硅晶體結構如圖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，其化學式寫作Na₂B₄O₇•10H₂O，實際上它的結構單元是由兩個H₃BO₃和兩個[B（OH）₄]^-縮合而成的雙六元環(huán)，應該寫成Na₂[B₄O₅（OH）₄]8H₂O．其結構如圖3所示，它的陰離子可形成鏈狀結構．
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合形成鏈狀結構．
（6）氮化嫁（GaN）的晶體結構如圖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”），判斷該晶體結構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構如圖5所示，該物質的化學式為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合形成鏈狀結構，據(jù)此答題；
（6）根據(jù)GaN的晶體結構圖可知，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，用鍺的相對原子質量表示晶胞質量，再結合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合形成鏈狀結構，
故答案為：C；氫鍵；
（6）根據(jù)GaN的晶體結構圖可知，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，則化學式為GeO，設鍺的相對原子質量為M，則就晶胞質量為：$\frac{4×（M+16）}{6.02×10{\;}^{23}}$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 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、晶胞結構與計算、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，需要學生具備一定的空間想象與觀察能力．