Question

电池在人类生产生活中具有十分重要的作用，其中锂离子电池与太阳能电池占有很大比重。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其材料有单晶硅，还有铜、锗、镓、硒等化合物。

（1）基态亚铜离子中电子占据的原子轨道数目为____________。

（2）若基态硒原子价层电子排布式写成4s²4p_x²4p_y²，则其违背了____________。

（3）下图表示碳、硅和磷元素的四级电离能变化趋势，其中表示磷的曲线是_______(填标号)。

（4）元素X与硅同主族且原子半径最小，X形成的最简单氢化物Q的电子式为_____，该分子其中心原子的杂化类型为_____。写出一种与Q互为等电子体的离子______。

（5）与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性。自然界中含硼元素的钠盐是一种天然矿藏，其化学式写作Na₂B₄O₇·10H₂O，实际上它的结构单元是由两个H₃BO₃和两个[B(OH)₄]^-缩合而成的双六元环，应该写成Na₂[B₄O₅(OH)₄]8H₂O．其结构如图所示，它的阴离子可形成链状结构，则该晶体中不存在的作用力是__________(填选项字母)。

A 离子键   B 共价键   C 金属键    D 范德华力    E 氢键

（6）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm⁻³，其晶胞结构如图所示。已知GaAs与GaN具有相同的晶胞结构，则二者晶体的类型均为____，GaAs的熔点____（填“高于”或“低于”）GaN。Ga和As的摩尔质量分别为M_Ga g•mol⁻¹和M_As g•mol⁻¹，原子半径分别为r_Ga pm和r_As pm，阿伏加德罗常数值为N_A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______。

Answer

14 洪特规则 b sp3 NH4+ C 原子晶体 低于 [4π10-30×NAρ(r3Ga+r3As)]/3(MGa+M As)

【解析】

（1）根据基态亚铜离子核外电子排布式分析轨道数；

（2）根据洪特规则，电子在相同能量的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。

（3）磷原子第一、第二、第三电离能是分别失3p轨道上的1个电子吸收的能量，第四电离能失3s轨道上1个电子吸收的能量；

（4）元素X与硅同主族且原子半径最小，X是C元素；

（5）根据Na2[B4O5(OH)4]8H2O的结构图分析存在作用力；

（6）原子晶体的特点是熔点高；原子晶体中原子半径越小，熔点越高；晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率=晶胞中原子的总体积÷晶胞体积×100%。

（1）基态亚铜离子核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d10，占据的原子轨道数是14；

（2）根据洪特规则，电子在相同能量的轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同，若基态硒原子价层电子排布式写成4s24px24py2，则其违背了洪特原则。

（3）磷原子3p轨道上有3个电子，第一、第二、第三电离能是分别失3p轨道上的1个电子吸收的能量，第四电离能失3s轨道上1个电子吸收的能量，3s轨道为全满的稳定状态，所以第四电离能与第三电离能相差较大，碳、硅第一、第二电离能分别失最外层p轨道2个电子吸收的能量，第三电离能失最外层s2上1个电子吸收的能量， s轨道为全满的稳定状态，所以第三电离能与第二电离能相差较大，所以曲线b表示磷；

（4）C元素形成的最简单氢化物是CH4，CH4是共价化合物，电子式为，该分子其中心原子C的杂化轨道数是，杂化类型为sp3。原子数相同、价电子数也相同的微粒为等电子体，CH4的原子数是5、价电子数是8，与CH4互为等电子体的离子是NH4+；

（5）根据结构图可知，活泼金属和酸根离子之间存在离子键、非金属元素之间易形成共价键，分子之间存在范德华力，水分子之间存在氢键，所以不存在的作用力是金属键，选C；

（6）GaAs的熔点为1238℃，熔点高，所以属于原子晶体；As原子的半径大于N原子，原子晶体中原子半径越小，熔点越高，所以GaAs的熔点低于GaN；根据均摊原则，GaAs晶胞中Ga原子个数是4、As原子数是，1个晶胞中原子的总体积是 ；根据晶体密度的计算公式，, ，GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 =[4π10-30×NAρ(r3Ga+r3As)]/3(MGa+MAs)。