Question

【題目】釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-x)類高溫超導材料(其中Y顯+3價，Cu顯+2、+3價)可由Y2(CO3)3、BaCO3和CuCO3混合在高溫下反應制得。回答下列問題：

(1)Y(釔)是一種稀土金屬元素，與Sc(鈧)同族相鄰。X在元素周期表中的位置是_______，目前的周期表中，該族共有______種元素。

(2)基態Cu3+的電子排布式為________。銅有CuO和Cu2O兩種氧化物，后者比前者熱穩定性強，原因是____________________________________。

(3) CO32-中C原子釆取_______雜化；第一電離能：C_____O(填“>”或“<”)。

(4)某種釔鋇銅氧材料中x=0.2，則n(Cu3+):n(Cu2+)=________。

(5)如圖是另一種釔鋇銅氧超導材料的晶胞結構示意圖，其化學式為______，晶體中Y3+的坐標是______；若其摩尓質量為Mg·mol-1，阿伏加徳羅常數的值為NA，則該晶體的密度為____g·cm-3。

Answer 1

【答案】 第5周期IIIB族 32 [Ar]3d8 Cu2O中Cu+的3d能級為全充滿狀態，較穩定 sp2 < 1:4 YBa2Cu3O7 (0,0,0) M/a2bNA

【解析】（1）Sc是第21號元素，處于周期表的第4周期IIIB族，所以Y在第5周期IIIB族。該族中包括Sc、Y、鑭系（15個元素）、錒系（15個元素）一共32種元素。

（2）Cu為第29號元素，基態排布為[Ar]3d104s1，所以Cu3+應該失去3個電子變為：[Ar]3d8。銅有CuO和Cu2O兩種氧化物，后者比前者熱穩定性強，原因是Cu2O中Cu為+1價，失去最外層的1個電子，變為[Ar]3d10的結構，此時3d能級達到全滿的穩定結構，所以Cu2O的穩定性較強。

（3）根據價層電子對互斥理論，CO32-的中心碳原子的價電子對為3+(4-2×3+2)/2=3對，配位數為3，所以離子為平面三角形結構，碳原子的雜化類型為sp2雜化。同周期從左向右第一電離能逐漸增大，所以第一電離能：C＜O。

（4）某種釔鋇銅氧材料中x=0.2，則化學式為：YBa2Cu3O6.8，設其中Cu3+和Cu2+分別有X和Y個，所以有X+Y=3；再根據化合價代數之和為0，得到3+2×2+3X+2Y=2×6.8；解得：X=0.6，Y=2.4；所以n(Cu3+):n(Cu2+)=1:4。

（5）Y有8個在頂點，所以Y有：8×1/8=1個；Ba有8個在棱邊上，所以Ba有8×1/4=2個； Cu都在晶胞內部有3個；O有2個在晶胞內，另外10個都在晶胞的面上，所以O有：2+10×1/2=7個；由上晶體的化學式為：YBa2Cu3O7。Y位于晶胞的頂點，所以其坐標為(0,0,0)。若其摩尓質量為Mg·mol-1，阿伏加徳羅常數的值為NA，則晶胞的質量為M/NA g，晶胞的體積為a2b cm3，所以晶胞的密度為：M/a2bNA g·cm-3。