Question

最新研制的人造纳米“竹子”可充分利用太阳能，并将其有效转化为氢能源。“竹子”的竹节和竹茎，分别由硫化镉和硫化锌两种不同的半导体材料组成。

（1）已知Cd与Zn位于同一副族，且在Zn的下一周期，则Cd的价电子排布图为___。已知Zn与Cu的能量变化如图所示，试解释步骤②吸收能量大于步骤④的原因___。

（2）CdS燃烧可生成CdO和SO₂，SO₂在空气中遇到微尘会缓慢转化为SO₃。SO₂中S的杂化方式为___，SO₃分子的空间构型为___。

（3）O、S、Se为同主族元素，已知其对应氢化物的相关数据如下表：

①H₂Se沸点高于H₂S的原因为___。

②H₂O的分解温度高于H₂S的原因为___。

（4）已知ZnS熔点为2830℃；CdS熔点为1750℃，则二者属于___晶体，ZnS熔点更高的原因为___。

（5）如图为ZnS的晶胞图。若已知最近的锌离子之间距离为apm，则ZnS晶体的密度为___g·cm^-3（列出计算式即可）。

Answer

Cu+的3d轨道为全满结构，能量低，更稳定 sp2 平面三角形 H2Se和H2S均为分子晶体，H2S相对原子质量小，分子间作用力小，沸点低 原子半径：O＜S，故共价键O-H键的键长小于S-H键，键能：O-H＞S-H，因此H2O的稳定性高于H2S，分解温度更高（或O-H键比S-H键稳定，H2O的分解温度比H2S更高，或其他合理答案） 离子 由于离子半径Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS＞CdS，则熔点ZnS＞CdS

【解析】

(1)Zn的价层电子排布式为3d104s2，根据Zn与Cd在周期表的位置关系分析；全满状态时结构稳定，再失去一个电子时需要的能量更多；

(2)利用中心原子价电子对互斥理论分析杂化类型和空间构型；

(3)①分子晶体的相对分子质量越大熔沸点越高；

②半径越小，键长越短，键能越大分析；

(4)根据熔沸点判断晶体类型；离子半径越小，晶格能越大，熔沸点越高；

(5)根据晶胞的结构，利用密度公式计算。

(1)由于Zn的价层电子排布式为3d104s2，可见与Zn同一副族且在Zn下一周期的Cd的价电子排布为4d105s2；价电子排布图为：；由能量变化图可知I1(Cu)＜I1(Zn)，I2(Cu)＞I2(Zn)，由于Cu+的3d轨道为全满结构，能量低，较稳定，而Zn+的4s轨道有一个电子，Cu+再失去一个电子时需要的能量更多；

(2)SO2中S的的价层电子对数=2+(6-2×2)=3，所以硫原子采用sp2杂化，SO3中S的的价层电子对数=3+(6-3×2)=3，所以硫原子采用sp2杂化，空间构型为平面三角形；

(3)①H2Se和H2S均为分子晶体，由于分子晶体相对原子质量H2Se＞H2S，故分子间作用力H2Se＞H2S，因此沸点H2Se＞H2S；

②由于原子半径：O＜S，故共价键O-H键的键长小于S-H键，键能：O-H＞S-H，因此H2O的稳定性高于H2S，则分解温度高于H2S；

(4)由于ZnS熔点为2830℃；CdS熔点为1750℃，都比较高，故都属于离子晶体；由于离子半径Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS＞CdS，则熔点ZnS＞CdS；

(5)由于最近的Zn原子间的距离（即顶点与面心之间的距离）为apm，故面对角线为2apm，则晶胞的边长为apm=a×10-10cm，故晶胞的体积为(a×10-10)3cm3，而晶胞中Zn原子都在晶胞的顶点和面上，数目有8×+6×=4个，S原子在晶胞的内部，共有4个，即一个晶胞中有4个ZnS，则质量为4×g，故密度为g·cm-3。