Question

太阳能电池板材料除单晶硅外，还有氮、硼、硒、钛、钴、钙等化学物质。

(1)基态钙原子的电子排布式_________________，金属钴堆积方式与镁相似，都属于六方最密堆积，其配位数是________________。

(2)氮元素的第一电离能在同周期中从大到小排第_______位；写出与NO₃^-互为等电子体的一种非极性分子的化学式___________。

(3)晶体硼的结构单元是正二十面体，每个单元中有12个硼原子（如图），其中有两个原子为¹⁰B，其余为B，则该结构单元有_____种不同的结构类型。已知硼酸(H₃BO₃)为一元弱酸，解释其原因_________。硼酸的结构与石墨相似，层内的分子以氢键相连，含1mol硼酸的晶体中有______mol氢键。

(4)六方相氮化硼的结构与石墨相似，B的杂化方式是___________，其不导电的原因是___________。

(5)在浓的TiCl₃的盐酸溶液中加入乙醚，并通入HCl至饱和，可得到配位数为6，组成为TiCl₃·6H₂O的晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1：5，则该配离子的化学式为___________。

(6)钴晶体的一种晶胞是一种体心立方堆积（如同所示），若该晶胞的边长为a nm，密度为ρg/cm，N_A表示阿伏加德罗常数的值，则钴的相对原子质量可表示为___________。

Answer

1s22s22p63s23p64s2 12 3 SO3或者BF3(写出其他合理答案也可) 3种 H3BO3与一个水分子可形成配位建，产生[B(OH)4]-和一个H+ 3 sp2 层状结构中没有自由移动的电子 [TiCl(H2O)5]2+ 5 a3 ρNA x10-22

【解析】（1）钙的核电荷数为20，基态钙原子的电子排布式1s22s22p63s23p64s2，Mg晶体属于六方最密堆积，配位数为12；

（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的，稀有气体的第一电离能最大，故第二周期第一电离能：Ne＞F＞N＞O＞C＞Be＞B＞Li，原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，与NO3-互为等电子体的一种非极性分子化为SO3等；

（3）两个10B有3位置，为图中上下顶点位置，其中一个处于上顶点，另外的一个处于上层阴影中顶点，或者下层阴影中顶点，有3种结构，H3BO3与一个水分子可形成配位建，产生[B(OH)4]-和一个H+ ，可推知硼酸为一元弱酸；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键。

（4）硼原子和四个N原子形成4个共价单键，所以B原子的杂化轨道类型为sp3，六方相氮化硼的结构与石墨相似，应为层状结构，但没有自由移动的电子，故不能导电；

（5）配位数为6、组成为TiCl3•6H2O的绿色晶体，该晶体中两种配体的物质的量之比为1：5，而晶体中只含有3个Cl-，所以配体数目多的是H2O，H2O和Cl-比值为5：1，所以该配离子的化学式为[TiCl（H2O）5]2+；

（6）根据晶胞结构，在晶胞中含有钴原子数为1+8×=2，晶胞边长为anm=a×10-10cm，晶胞体积V＝（a×10-10cm）3，钴的相对原子质量为M，则1mol的质量为2Mg，ρ=m/V=2M/(NA×V)，M=5 a3ρNA ×10-22。

点睛：解答时注意“同一周期元素中，元素第一电离能的变化趋势，及异常现象”，为答题的关键和易错点。所谓第一电离能：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，符号I，单位kJ/mol。电离能的变化规律一般为：①同周期：第一种元素的第一电离能最小，最后一种元素的第一电离能最大，总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势。②同族元素：从上至下第一电离能逐渐减小。③同种原子：逐级电离能越来越大(即I1≤I2≤I3…)。