Question

氧化锌、氮化镓及新型多相催化剂组成的纳米材料能利用可见光分解水，生成氢气和氧气。

Zn²⁺基态核外电子排布式为______________，其核外存在______________对自旋相反的电子。

写出两个与水分子具有相同空间构型的分子和阴离子：__________，____________。

水分子在特定条件下容易得到一个H⁺，形成水合氢离子（H₃O⁺）。下列对上述过程的描述不合理的是______________（填序号）。

A、氧原子的杂化类型发生了改变         B、微粒的空间构型发生了改变

C、微粒的化学性质发生了改变           D、微粒中的键角发生了改变

在冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键（如图甲），已知冰的升华热是+51kJmol^-1，除氢键外，水分子间还存在范德华力（11kJmol^-1），则冰晶体中氢键的键能是___________kJmol^-1。

氮化镓的晶体结构如图乙所示，其中氮原子的杂化轨道类型是______________；N、Ga原子之间存在配位键，该配位键中提供电子对的原子是______________；该晶体的化学式为______________。金刚砂（SiC）和氮化镓并称为第三代半导体材料的双雄，它与金刚石具有相似的晶体结构，试比较金刚石和金刚砂的熔点高低，并说明理由：__________________________。

某种ZnO晶体的晶胞如图丙所示，Zn²⁺的配位数为_______________，其晶胞中Zn²⁺和O^2-之间的距离为apm，列式表示该晶体的密度：____________gcm^-3（不必计算结果）。

Answer

[Ar]3Cl1014H2SNH2－A20SP3NGaN金刚石的熔点高于金刚砂的熔点，因为碳原子半径小于硅原子半径，所以C-C键的键长小于C-Si键8

【解析】（1）Zn元素是30号元素，Zn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，故Zn2+的基态电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3 d10，其核外还有28个电子，存在14对自旋相反的电子；（2）与水分子是三个原子核且空间构型为V型，与其具有相同空间构型的分子和阴离子如H2S、NH2-；（3）A、水中氧的杂化为sp3，H3O+中氧的杂化为sp3，则氧原子的杂化类型没有改变，不合理；B、水分子为V型，H3O+为三角锥型，则微粒的空间构型发生了改变，合理；C、因结构不同，则性质不同，微粒的化学性质发生了改变，合理；D、水分子为V型，H3O+为三角锥型，微粒中的键角发生了改变，合理。答案选A。（4）冰升华热是+51kJmol-1，水分子间还存在范德华力（11kJmol-1），根据图甲知，1mol水中含有2mol氢键，升华热=范德华力+氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20 kJmol-1；（5）氮原子的杂化轨道类型是sp3；N原子有一对未成键电子对，故配位键中提供电子对的原子是N。根据图乙，晶胞中，Ga位于顶点和体心，含有Ga的个数为：8+1=2，N原子位于棱和体心，含有N的个数为：4+1=2，故其化学式为：GaN；（6）由于因为碳原子半径小于硅原子半径，Si—C键键长大于C—C键键长，故Si—C键键能小，金刚砂的熔点比金刚石的熔点低；（7）根据图丙可知，ZnO晶体的晶胞中Zn位于体心，故其配位数为8，晶胞中Zn2+和O2-之间的距离为apm，则对角的两个锌离子的距离为2apm，设晶胞的边长为x，则一个面的对角距离为x，，得x==，

该晶体的密度：。