Question

新型钙钛矿太阳能电池具备更加清洁、便于应用、制造成本低和效率高等显著优点。 一种钙钛矿太阳能电池材料的晶胞如图所示。

请按要求回答下列有关问题：

（1）构成 CH₃NH₃  的三种元素中电负性最小的是_____________； 写出碳原子的电子排布式为__________。

（2）Pb 与 C 同主族，比 C 的周期序数大 4，写出 Pb 原子最外层电子的轨道表示式（即电子排布图）__________________。

（3）有关 NH₃ 的结构与性质探究

① NH₃ 分子中所含化学键是____________（从“极性键”、“非极性键”、“配位键”、 “离子键”、“σ键”或“ π键”中选填符合的名称）；N 原子的杂化形式为__________。

② NH₃ 分子的 VSEPR 模型名称为_________，分子的空间结构（即立体构型） 为______。

③如图所示，探究 NH₃ 的性质时，打开止水夹，挤压胶头滴管，可以观察到烧瓶中迅速产生红色喷泉。请用必要的分子结构 与性质的知识和化学用语解释产生该现象的原因：_________、________。

（4）该钙钛矿太阳能电池材料的化学式为________________；该晶胞中，与 I- 紧邻的 I- 个数为_____________； 测定其晶体结构特征最可靠的方法是____________实验。

Answer

H 1s22s22p2 极性键、σ键 sp3 四面体 三角锥形 NH3分子为极性分子，并且NH3分子与H2O分子间形成氢键，故氨气极易溶于水，使烧瓶内气压变小，形成喷泉 NH3与H2O反应生成NH3·H2O ，NH3·H2ONH4++OH-，氨水呈碱性，氨水能使酚酞试液变红，所以形成红色喷泉 PbCH3NH3I3 8 X-射线衍射

【解析】

（1）考查常见元素H、C、N电负性的大小；C的核电荷数为6，C元素的核外电子排布式；

（2）同主族元素，价电子数相同，价电子排布式相似，故Pb原子最外层电子排布式为6s26p2，Pb原子最外层电子的轨道式： ；

（3）利用价层电子对数确定NH3分子的中心原子N的杂化方式，NH3分子的VSEPR模型名称为四面体形，根据是否含有孤电子对，含有几个孤电子对，确定分子的空间构型，NH3分子的价层电子对数是4，N原子的杂化形式为sp3，VSEPR模型名称为四面体形，又因为N原子上有一对孤电子对，分子的空间结构(即立体构型)为三角锥形；NH3分子为极性分子，并且NH3分子与H2O分子间形成氢键，氨气极易溶于水，使烧瓶内气压变小，形成喷泉，氨水呈碱性，故酚酞试剂遇到氨水显红色；

（4）根据晶胞结构图进行确认一个晶胞中含有多少个A、B、X，测定晶体结构特征最可靠的方法是X-射线衍射实验。

（1）H、C、N三种元素电负性的大小顺序是：N>C>H，故三种元素中电负性最小的是H；C核电荷数是6，碳原子的电子排布式为：1s22s22p2；

（2）C的周期序数是2，Pb的周期序数比C的周期序数大4，故Pb的周期序数为6，Pb原子最外层电子排布式为6s26p2，Pb原子最外层电子的轨道式： ；

（3）① NH3分子中N与H之间形成的化学键N-H是极性共价键、σ键，1个NH3分子中有3个σ键，1对孤电子对，价层电子对数为4，N原子的杂化形式为sp3；

② NH3分子的VSEPR模型名称为四面体形，分子的空间结构(即立体构型)为三角锥形；

③NH3分子为极性分子，并且NH3分子与H2O分子间形成氢键，故氨气极易溶于水，使烧瓶内气压变小，形成喷泉，NH3与H2O反应生成NH3·H2O ，NH3·H2ONH4++OH-，氨水呈碱性，氨水能使酚酞试液变红，所以形成红色喷泉；

（4）8个A在晶胞的顶点，1个B在体心，6个X在面心，故晶胞中含有A的个数是8×=1，晶胞中含有B的个数是1，晶胞中含有X的个数是6×=3，该钙钛矿太阳能电池材料的化学式为PbCH3NH3I3；该晶胞中，与I- 紧邻的 I-个数为8；测定晶体结构特征最可靠的方法是X-射线衍射实验。