Question

当前材料科学的发展方兴未艾。B、N、Ti、Cu、Zn都是重要的材料元素，其单质和化合物在诸多领域都有广泛的应用。

(1)单晶硅太阳能电池片加工时一般掺杂微量的铜，二价铜离子的价电子排布式为_____________。在高温条件下Cu₂O比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构变化角度解释__________________。

(2)BF₃分子与NH₃分子的空间构型为__________、___________，BF₃与NH₃反应生成的BF₃·NH₃分子中含有的化学键类型为_________________。

(3)金属Ti的性能优越，能与B、C、N、O等非金属元素形成稳定的化合物。电负性：C_____B(填“>”或“<”，下同)，第一电离能：N_______O。

(4)月球岩石——玄武岩的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO₃)，钛酸亚铁与浓硫酸反应生成TiSO₄，SO₄^2-中S原子的杂化方式为________，用价层电子对互斥理论解释SO₃^2-的键角比SO₄^2-键角小的原因__________________。

(5)ZnS在荧光体、涂料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为a cm，密度为__________g·cm^-3

Answer

3d9 Cu+价电子排布式为3d10，核外电子处于稳定的半充满状态 平面三角形 三角锥形 极性共价键 配位键 > > sp3杂化 SO32-中孤对电子对对成键电子对的排斥作用比SO42-中成键电子对间的排斥作用大。 或

【解析】(1)价电子是原子在参与化学反应时能够用于成键的电子,是原子核外跟元素化合价有关的电子，二价铜离子的价电子排布式为 3d9 ；在高温条件下Cu2O比CuO更稳定，试从铜原子核外电子结构变化角度解释：Cu+价电子排布式为3d10，核外电子处于稳定的半充满状态；(2)BF3是sp2杂化,其中B原子的2s电子其中1个被激发到2p轨道，2s和两个2p轨道杂化形成了sp2杂化轨道,所以是平面三角形；NH3是sp3杂化，其中N原子的2s上有两个电子，杂化得到的4个轨道中有3个是单电子，1个是双电子，三个单电子和H形成共价键，剩余一对孤对电子，所以是三角锥形。故BF3分子与NH3分子的空间构型为平面三角形、 三角锥形；BF3·NH3中B原子其价层电子数是4，采取sp3杂化，B原子含有3个σ 键一个配位键，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，B、N原子之间形成配位键，故BF3与NH3反应生成的BF3·NH3分子中含有的化学键类型为极性共价键、配位键；（3）同周期电负性从左到右由小变大，电负性：C>B；同一周期内元素的第一电离能在总体增大的趋势中有些特例，当外围电子在能量相等的轨道上形成全空(p0,d0,fo)、半满(p3,d5,f7)或全满(p6,d10,f14)结构时,原子的能量较低,元素的第一电离能较大，故第一电离能：N>O。(4)SO42―的VSEPR模型为正四面体，没有孤电子对，S原子的杂化方式是SP 3 ，SO42-中S原子的杂化方式为sp3杂化；用价层电子对互斥理论解释SO32-的键角比SO42-键角小的原因：SO32-中孤对电子对对成键电子对的排斥作用比SO42-中成键电子对间的排斥作用大。(5)ZnS在荧光体、涂料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示，晶胞中含Zn原子4个，含S为8×1/8+6×1/2=4,其晶胞边长为a cm，密度为ρ= 或g·cm-3。

点睛：本题考查了物质结构及其性质，涉及原子杂化方式的判断、价电子排布式的书写、元素周期律等知识点，根据价层电子对互斥理论、构造原理等知识来分析解答，题目难度中等。（3）电负性排序和第一电离能排序为易错点，第一电离能有特殊情况，而电负性同周期从左到右由小变大，规律性很强，为易错点。（4）用价层电子对互斥理论解释SO32-的键角比SO42-键角小的原因：SO32-中孤对电子对对成键电子对的排斥作用比SO42-中成键电子对间的排斥作用大。是本题的难点。(5)晶胞密度的计算也是本题的难点。