Question

【題目】常見的太陽能電池有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、GaAs太陽能電池及銅銦鎵硒等多種元素構成薄膜太陽能電池。回答下列問題：

(1)基態(tài)亞銅離子(Cu+)的價層電子排布式為__________。

(2)砷、硒是第四周期的相鄰元素，已知砷的第一電離能(947kJ·mo1－1)大于硒(941k]·mol－l)。請從原子結構的角度加以解釋__________。

(3)H2O的沸點高于H2Se的沸點，其原因是__________。

(4)GaCl3和AsF3的分子立體構型分別是__________，__________。

(5)硼酸(H3BO3)本身不能電離出H+，在水中易結合一個OH－生成[B(OH)4]－，而體現弱酸性。

①[B(OH)4] －中B原子的雜化類型為__________。

②[B(OH)4] －的結構式為__________。

(6)金剛石的晶胞如圖，若以硅原子代替金剛石晶體中的碳原子，便得到晶體硅；若將金剛石晶體中一半的碳原子換成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶體(金剛砂)。

①金剛石、晶體硅、碳化硅的熔點由高到低的排列順序是__________(用化學式表示)

②金剛石的晶胞參數為apm(lpm=10－12m)，1cm3晶體的平均質量為__________g(只要求列算式，阿伏加德羅常數的值為NA)。

Answer 1

【答案】3d10 砷的價電子排布式是4s24p3，4p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定， 氣態(tài)原子失去一個電子需要的能量比較大 水分子間存在氫鍵 平面三角形 三角錐形 sp3 C>SiC>Si 9.6×1031/(a3NA)

【解析】

（1）銅是29號元素，其原子核外有29個電子，根據構造原理知，其基態(tài)原子核外電子排布式為: 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1。

（2）砷的價電子排布式是4s24p3，4p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，氣態(tài)原子失去一個電子需要的能量比較大，而硒的價電子排布式是4s2 4p4， 4p軌道上失去一個電子才處于半充滿狀態(tài)，故第一電離能較小。

（3）H2O的沸點高于H2Se的沸點，是因為水分子間存在氫鍵。

（4）GaCl3中Ga原子的價層電子對數為3，沒有孤電子對，而AsF3中As原子的價層電子對數為4，有一個孤電子對。

（5）①[B(OH)4]-中B的價層電子對=4+1/2(3+1-4×1)=4，所以采取sp3雜化。

②B原子是缺電子原子，所以該離子中還含有配位鍵。

（6）①根據鍵長C-C<C-Si<Si-Si判斷。

②金剛石屬于面心立方晶胞，根據均攤法計算。

（1）銅是29號元素，其原子核外有29個電子，根據構造原理知，其基態(tài)原子核外電子排布式為： 1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1，則Cu+在基態(tài)時的價電子排布式為3d10， 故答案為：3d10。

（2）砷的價電子排布式是4s24p3，4p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，氣態(tài)原子失去一個電子需要的能量比較大，而硒的價電子排布式是4s2 4p4，4p軌道上失去一個電子才處于半充滿狀態(tài)，故第一電離能較小，故答案為：砷的價電子排布式是4s24p3，4p軌道上的電子處于半充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定，氣態(tài)原子失去一個電子需要的能量比較大。

（3）H2O的沸點高于H2Se的沸點，是因為水分子間存在氫鍵，故答案為：水分子間存在氫鍵。

（4）GaCl3中Ga原子的價層電子對數為3，沒有孤電子對，而AsF3中As原子的價層電子對數為4，有一個孤電子對，故GaCl3空間構型為平面三角形，AsF3的空間構型為三角錐形；

故答案為：平面三角形；三角錐形。

（5）①[B(OH)4]-中B的價層電子對=4+1/2(3+1-4×1)=4，所以采取sp3雜化，故答案為：sp3。

②B原子是缺電子原子，所以該離子中還含有配位鍵，其結構式為：，故答案為：。

（6）①形成的晶體都是原子晶體，由于鍵長C-C<C-Si<Si-Si，則熔點為金剛石>碳化硅>晶體硅，故答案為：C>SiC>Si。

②金剛石屬于面心立方晶胞，即C原子處在立方體的8個頂點，6個面心，體內有4個，根據均攤法推知，一個晶胞中含有8個C原子，又因為一個C原子的質量為12/NAg，一個晶胞中所含C原子的質量為96/NA g，而一個晶胞的體積為（a×10－10）3 cm3，所以1cm3晶體的平均質量為9.6×1031/(a3 NA) g，故答案為：9.6×1031/(a3 NA)。