Question

【題目】最新研制的人造納米“竹子”可充分利用太陽能，并將其有效轉化為氫能源。“竹子”的竹節和竹莖，分別由硫化鎘和硫化鋅兩種不同的半導體材料組成。

（1）已知Cd與Zn位于同一副族，且在Zn的下一周期，則Cd的價電子排布圖為___。已知Zn與Cu的能量變化如圖所示，試解釋步驟②吸收能量大于步驟④的原因___。

（2）CdS燃燒可生成CdO和SO2，SO2在空氣中遇到微塵會緩慢轉化為SO3。SO2中S的雜化方式為___，SO3分子的空間構型為___。

（3）O、S、Se為同主族元素，已知其對應氫化物的相關數據如下表：

①H2Se沸點高于H2S的原因為___。

②H2O的分解溫度高于H2S的原因為___。

（4）已知ZnS熔點為2830℃；CdS熔點為1750℃，則二者屬于___晶體，ZnS熔點更高的原因為___。

（5）如圖為ZnS的晶胞圖。若已知最近的鋅離子之間距離為apm，則ZnS晶體的密度為___g·cm-3（列出計算式即可）。

Answer 1

【答案】 Cu+的3d軌道為全滿結構，能量低，更穩定 sp2 平面三角形 H2Se和H2S均為分子晶體，H2S相對原子質量小，分子間作用力小，沸點低 原子半徑：O＜S，故共價鍵O-H鍵的鍵長小于S-H鍵，鍵能：O-H＞S-H，因此H2O的穩定性高于H2S，分解溫度更高（或O-H鍵比S-H鍵穩定，H2O的分解溫度比H2S更高，或其他合理答案） 離子 由于離子半徑Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS＞CdS，則熔點ZnS＞CdS

【解析】

(1)Zn的價層電子排布式為3d104s2，根據Zn與Cd在周期表的位置關系分析；全滿狀態時結構穩定，再失去一個電子時需要的能量更多；

(2)利用中心原子價電子對互斥理論分析雜化類型和空間構型；

(3)①分子晶體的相對分子質量越大熔沸點越高；

②半徑越小，鍵長越短，鍵能越大分析；

(4)根據熔沸點判斷晶體類型；離子半徑越小，晶格能越大，熔沸點越高；

(5)根據晶胞的結構，利用密度公式計算。

(1)由于Zn的價層電子排布式為3d104s2，可見與Zn同一副族且在Zn下一周期的Cd的價電子排布為4d105s2；價電子排布圖為：；由能量變化圖可知I1(Cu)＜I1(Zn)，I2(Cu)＞I2(Zn)，由于Cu+的3d軌道為全滿結構，能量低，較穩定，而Zn+的4s軌道有一個電子，Cu+再失去一個電子時需要的能量更多；

(2)SO2中S的的價層電子對數=2+(6-2×2)=3，所以硫原子采用sp2雜化，SO3中S的的價層電子對數=3+(6-3×2)=3，所以硫原子采用sp2雜化，空間構型為平面三角形；

(3)①H2Se和H2S均為分子晶體，由于分子晶體相對原子質量H2Se＞H2S，故分子間作用力H2Se＞H2S，因此沸點H2Se＞H2S；

②由于原子半徑：O＜S，故共價鍵O-H鍵的鍵長小于S-H鍵，鍵能：O-H＞S-H，因此H2O的穩定性高于H2S，則分解溫度高于H2S；

(4)由于ZnS熔點為2830℃；CdS熔點為1750℃，都比較高，故都屬于離子晶體；由于離子半徑Cd2+大于Zn2+，故晶格能ZnS＞CdS，則熔點ZnS＞CdS；

(5)由于最近的Zn原子間的距離（即頂點與面心之間的距離）為apm，故面對角線為2apm，則晶胞的邊長為apm=a×10-10cm，故晶胞的體積為(a×10-10)3cm3，而晶胞中Zn原子都在晶胞的頂點和面上，數目有8×+6×=4個，S原子在晶胞的內部，共有4個，即一個晶胞中有4個ZnS，則質量為4×g，故密度為g·cm-3。