Question

【題目】非線性光學晶體在信息、激光技術、醫療、國防等領域具有重要應用價值。我國科學家利用Cs2CO3、XO2（X＝Si、Ge）和H3BO3首次合成了組成為CsXB3O7的非線性光學晶體。回答下列問題：

（1）C、O、Si三種元素電負性由大到小的順序為__________；第一電離能I1(Si) ____ I1(Ge)（填“＞”或“＜”）。

（2）基態Ge原子核外電子排布式為_____________；SiO2、GeO2具有類似的晶體結構，其中熔點較高的是________，原因是______。

（3）如圖為H3BO3晶體的片層結構，其中B的雜化方式為________；硼酸在熱水中比在冷水中溶解度顯著增大的主要原因是_____________。

（4）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。CsSiB3O7屬于正交晶系（長方體形），晶胞參數為a pm，b pm和c pm。如圖為沿y軸投影的晶胞中所有Cs原子的分布圖和原子分數坐標。據此推斷該晶胞中Cs原子的數目為_______；CsSiB3O7的摩爾質量為M g·mol－1，設NA為阿伏加德羅常數的值，則CsSiB3O7晶體的密度為_____________g·cm－1（用代數式表示）。

Answer 1

【答案】O＞C＞Si ＞ 1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2） SiO2 二者均為原子晶體，Ge原子半徑大于Si，Si—O鍵長小于Ge—O鍵長，SiO2鍵能更大，熔點更高。 sp2 熱水破壞了硼酸晶體中的氫鍵，而且硼酸分子與水形成分子間氫鍵，使溶解度增大 4

【解析】

（1）電負性的變化規律為同周期從左向右逐漸增大，同主族由上至下逐漸減少，第一電離能的變化規律為同族元素由上至下逐漸減小。

（2）SiO2、GeO2為同類型晶體結構，即為原子晶體，Ge原子半徑大于Si，Si-O鍵長小于Ge-O鍵長，SiO2鍵能更大，熔點更高。

（3）B原子最外層有3個電子，與3個-OH形成3個共價鍵，即可得雜化方式，熱水破壞了硼酸晶體中的氫鍵，并且硼酸分子與水形成分子間氫鍵，使溶解度增大。

（4）先分析得出Cs的個數，再根據公式計算密度。

（1）電負性的變化規律為同周期從左向右逐漸增大，同主族由上至下逐漸減少，所以電負性O>C>Si；第一電離能的變化規律為同族元素由上至下逐漸減小，因此I1(Si)>I1(Ge),

故答案為O＞C＞Si；>；

（2）Ge原子位于第四周期IVA族，因此原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）；SiO2、GeO2均為原子晶體，Ge原子半徑大于Si，Si-O鍵長小于Ge-O鍵長，SiO2鍵能更大，熔點更高；

故答案為1s22s22p63s23p63d104s24p2（或[Ar]3d104s24p2）；SiO2；二者均為原子晶體，Ge原子半徑大于Si，Si—O鍵長小于Ge—O鍵長，SiO2鍵能更大，熔點更高；

（3）B原子最外層有3個電子，與3個-OH形成3個共價鍵，因此為sp2雜化；熱水破壞了硼酸晶體中的氫鍵，并且硼酸分子與水形成分子間氫鍵，使溶解度增大；

故答案為：sp2；熱水破壞了硼酸晶體中的氫鍵，而且硼酸分子與水形成分子間氫鍵，使溶解度增大；

（4）原子分數坐標為（0.5，0.2，0.5）的Cs原子位于晶胞體內，原子分數坐標為（0，0.3，0.5）及（1.0，0.3，0.5）的Cs原子位于晶胞的yz面上，原子分數坐標為（0.5，0.8，1.0）及（0.5，0.8，0）的Cs原子位于晶胞xy面上，原子分數坐標為（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軸的棱上，利用均攤法可計算該晶胞中共含Cs原子4個；帶入晶胞密度求算公式可得：；故答案為4；。