Question

13．太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)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）亞銅離子（Cu⁺）基態(tài)時(shí)電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，其電子占據(jù)的原子軌道數(shù)目為14個(gè)．
（2）圖1表示碳、硅和磷元素的四級(jí)電離能變化趨勢(shì)，其中表示磷的曲線是b（填標(biāo)號(hào)）．

（3）單晶硅可由二氧化硅制得，二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)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)為十二元環(huán)，則每個(gè)Si原子連接12個(gè)十二元環(huán)．
（4）氮化鎵（GaN）的晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示．常壓下，該晶體熔點(diǎn)1700℃，故其晶體類型為原子晶體；判斷該晶體結(jié)構(gòu)中存在配位鍵的依據(jù)是晶胞中1個(gè)Ga與4個(gè)N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個(gè)價(jià)電子，Ga提供1個(gè)空軌道與N原子提供的孤對(duì)電子形成配位鍵．
（5）與鎵元素處于同一主族的硼元素具有缺電子性，因而硼酸（H₃BO₃）在水溶液中能與水反應(yīng)生成[B（OH）₄]^-．[B（OH）₄]^-中B原子的雜化軌道類型為sp³雜化；不考慮空間構(gòu)型，[B（OH）₄]^-中原子的成鍵方式用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示為，
（6）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(jié)構(gòu)如圖4所示，該物質(zhì)的化學(xué)式為GeO．已知該晶體密度為7.4g．cm^-3，晶胞邊長(zhǎng)為4.3×l0^-10 m．則鍺的相對(duì)原子質(zhì)量為72.5（保留小數(shù)點(diǎn)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(jí)1個(gè)電子形成Cu⁺；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級(jí)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(gè)電子，為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，與第三電離能相差較大；
（3）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個(gè)Si-Si鍵之間連接O原子，晶體Si中每個(gè)Si原子形成4個(gè)Si-Si鍵，由圖可知每2個(gè)Si-Si鍵可以形成2個(gè)六元環(huán)，而4個(gè)Si-Si鍵任意2個(gè)可以形成6種組合；
（4）常壓下，氮化鎵（GaN）的晶體熔點(diǎn)1700℃，故其晶體類型為原子晶體，晶胞中1個(gè)Ga與4個(gè)N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個(gè)價(jià)電子，Ga提供1個(gè)空軌道與N原子提供的孤對(duì)電子形成配位鍵；
（5）[B（OH）₄]^-中B原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{3+1-1×4}{4}$=0，雜化軌道數(shù)目為4；[B（OH）₄]^-中B原子與O原子之間形成4個(gè)共價(jià)鍵，其中1個(gè)為配位鍵；
（6）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Ge、O原子數(shù)目，用鍺的相對(duì)原子質(zhì)量表示晶胞質(zhì)量，再結(jié)合m=ρV計(jì)算．

解答 解：（1）Cu原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級(jí)1個(gè)電子形成Cu⁺，Cu⁺基態(tài)時(shí)電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，其電子占據(jù)的14原子軌道，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；14；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，P元素3p能級(jí)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(gè)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；
（3）在二氧化硅晶體，可以看作在晶體硅中每個(gè)Si-Si鍵之間連接O原子，晶體Si中每個(gè)Si原子形成4個(gè)Si-Si鍵，由圖可知每2個(gè)Si-Si鍵可以形成2個(gè)六元環(huán)，而4個(gè)Si-Si鍵任意2個(gè)可以形成6種組合，則每個(gè)Si原子連接十二元環(huán)數(shù)目為6×2=12，
故答案為：12；
（4）常壓下，氮化鎵（GaN）的晶體熔點(diǎn)1700℃，故其晶體類型為原子晶體，晶胞中1個(gè)Ga與4個(gè)N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個(gè)價(jià)電子，Ga提供1個(gè)空軌道與N原子提供的孤對(duì)電子形成配位鍵，
故答案為：原子晶體；晶胞中1個(gè)Ga與4個(gè)N原子相結(jié)合，而Ga原子中含有3個(gè)價(jià)電子，Ga提供1個(gè)空軌道與N原子提供的孤對(duì)電子形成配位鍵；
（5）[B（OH）₄]^-中B原子孤電子對(duì)數(shù)=$\frac{3+1-1×4}{4}$=0，雜化軌道數(shù)目為4，B原子采取sp³雜化；[B（OH）₄]^-中B原子與O原子之間形成4個(gè)共價(jià)鍵，其中1個(gè)為配位鍵，用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式表示為，
故答案為：sp³雜化；；
（6）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(xué)式為GeO，設(shè)鍺的相對(duì)原子質(zhì)量為M，則就晶胞質(zhì)量為：$\frac{4×（M+16）}{6.02×1{0}^{23}}$g，則：$\frac{4×（M+16）}{6.02×1{0}^{23}}$g=7.4g．cm^-3×（4.3×l0^-8 cm）³，解得M=72.5，
故答案為：GeO；72.5．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、配合物、雜化軌道等，（2）注意根據(jù)洪特規(guī)則特例理解電離能劇增問題，（3）為易錯(cuò)點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的空間想象與觀察能力．