Question

【題目】鈣鈦礦太陽能電池具有轉化效率高、低成本等優點，是未來太陽能電池的研究方向。回答下列問題：

(1)下列狀態的鈣中，電離最外層一個電子所需能量最大的是__________(填字母標號)。

A.[Ar]4s1 B.[Ar]4s2 C.[Ar]4s14p1 D.[Ar]4p1

(2)基態鈦原子的核外價電子軌道表達式為____________。

(3)一種有機金屬鹵化鈣鈦礦中含有NH2－CH＝NH2＋，該離子中氮原子的雜化類型為___________，其對應分子NH2－CH＝NH的熔沸點高于CH3CH2CH＝CH2的熔沸點的原因為__________。

(4)一種無機鈣鈦礦CaxTiyOz的晶體結構如圖所示，則這種鈣鈦礦化學式為___________，已知Ca和O離子之間的最短距離為a pm，設阿伏加德羅常數的值為NA，則這種鈣鈦礦的密度是___________g·cm－3(列出計算表達式)。

(5)以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數坐標，例如圖中原子1的坐標為(，，)，則原子2和3的坐標分別為__________、__________。

Answer 1

【答案】A sp2和sp3 NH2—CH=NH分子間可形成氫鍵，熔沸點比CH3CH2CH=CH2高 CaTiO3 (0，1，1)

【解析】

(1)[Ar]4s1屬于基態的Ca+，由于Ca的第二電離能高于其第一電離能，故其在失去一個電子所需能量較高，[Ar]4s2屬于基態的Ca原子，其失去一個電子變為基態Ca+，[Ar]4s14p1屬于激發態Ca原子，其失去以電子所需要的能量低于基態Ca原子，[Ar]4p2屬于激發態的Ca+，其失去一個電子所需要的能量低于基態的Ca+，綜上所述，電離最外層一個電子所需能量最大的是[Ar]4s1，A正確，故答案為：A；

(2)基態Ti原子的原子序數為22，其核外價電子排布式為3d24s2，軌道表達式為，故答案為：；

(3)NH2—CH=NH2+中左邊的N有3對共用電子對，還有1對孤電子對，則價層電子對為4，雜化類型為sp3，右邊的N與C形成雙鍵雜化類型為sp2，NH2—CH=NH分子間可形成氫鍵，熔沸點比CH3CH2CH=CH2高，故答案為：sp2和sp3；NH2—CH=NH分子間可形成氫鍵，熔沸點比CH3CH2CH=CH2高；

(4)根據鈣鈦礦CaxTiyOz的晶體結構分析，Ca2+位于晶胞的體心，Ti4+位于晶胞的頂點，O2-位于以Ti4+為體心的正八面體的頂點，則一個晶胞中含有1個Ca2+，1個Ti4+和3個O2-，則化學式為CaTiO3，Ca2+和O2-之間的最短距離為a pm，則晶胞參數為pm，一個晶胞相當于有一個CaTiO3，根據密度公式可得，故答案為：CaTiO3；；

(6)根據坐標建立的方向，由原子1的坐標為，則原子2的坐標為(0，1，1)，原子3的坐標為，故答案為：(0，1，1)；。