Question

非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我国科学家利用Cs₂CO₃、XO₂（X＝Si、Ge）和H₃BO₃首次合成了组成为CsXB₃O₇的非线性光学晶体。回答下列问题：

（1）C、O、Si三种元素电负性由大到小的顺序为__________；第一电离能I₁(Si) ____ I₁(Ge)（填“＞”或“＜”）。

（2）基态Ge原子核外电子排布式为_____________；SiO₂、GeO₂具有类似的晶体结构，其中熔点较高的是________，原因是______。

（3）如图为H₃BO₃晶体的片层结构，其中B的杂化方式为________；硼酸在热水中比在冷水中溶解度显著增大的主要原因是_____________。

（4）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。CsSiB₃O₇属于正交晶系（长方体形），晶胞参数为a pm，b pm和c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为_______；CsSiB₃O₇的摩尔质量为M g·mol^－1，设N_A为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB₃O₇晶体的密度为_____________g·cm^－1（用代数式表示）。

Answer

O＞C＞Si ＞ 1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2） SiO2 二者均为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si—O键长小于Ge—O键长，SiO2键能更大，熔点更高。 sp2 热水破坏了硼酸晶体中的氢键，而且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大 4

【解析】

（1）电负性的变化规律为同周期从左向右逐渐增大，同主族由上至下逐渐减少，第一电离能的变化规律为同族元素由上至下逐渐减小。

（2）SiO2、GeO2为同类型晶体结构，即为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si-O键长小于Ge-O键长，SiO2键能更大，熔点更高。

（3）B原子最外层有3个电子，与3个-OH形成3个共价键，即可得杂化方式，热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大。

（4）先分析得出Cs的个数，再根据公式计算密度。

（1）电负性的变化规律为同周期从左向右逐渐增大，同主族由上至下逐渐减少，所以电负性O>C>Si；第一电离能的变化规律为同族元素由上至下逐渐减小，因此I1(Si)>I1(Ge),

故答案为O＞C＞Si；>；

（2）Ge原子位于第四周期IVA族，因此原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）；SiO2、GeO2均为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si-O键长小于Ge-O键长，SiO2键能更大，熔点更高；

故答案为1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）；SiO2；二者均为原子晶体，Ge原子半径大于Si，Si—O键长小于Ge—O键长，SiO2键能更大，熔点更高；

（3）B原子最外层有3个电子，与3个-OH形成3个共价键，因此为sp2杂化；热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大；

故答案为：sp2；热水破坏了硼酸晶体中的氢键，而且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶解度增大；

（4）原子分数坐标为（0.5，0.2，0.5）的Cs原子位于晶胞体内，原子分数坐标为（0，0.3，0.5）及（1.0，0.3，0.5）的Cs原子位于晶胞的yz面上，原子分数坐标为（0.5，0.8，1.0）及（0.5，0.8，0）的Cs原子位于晶胞xy面上，原子分数坐标为（0，0.7，1.0）及（1.0，0.7，1.0）（0，0.7，0）的Cs原子位于晶胞平行于y轴的棱上，利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个；带入晶胞密度求算公式可得：；故答案为4；。