Question

【題目】釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-x)是一種高溫超導材料(其中Y顯+3價，Cu顯+2、+3價)，最早是將BaCO3、Y2(CO3)3和CuCO3混合在高溫下反應制備的。

請回答下列問題:

（1）Y(釔)是一種重要的稀土金屬，與Sc(鈧)同族相鄰。則Y原子核外有___________個價電子。Y位于元素周期表的___________區。

（2）在BaCO3中，CO32-的空間構型為___________，C原子采取___________雜化；BaCO3、CaCO3受熱分解分別生成BaO、CaO，BaO、CaO熔點較高的是___________ (填化學式)。

（3）基態Cu3+的核外電子排布式為___________。

（4）若YBa2Cu3O7-x(0≤x≤0.5)材料在T ℃下有超導性，當x=0.2時，n(Cu3+)∶n(Cu2+)=___________。

（5）銅有兩種氧化物:CuO和Cu2O，后者比前者的熱穩定性強，原因是___________。

（6）如圖是某種超導材料A的晶胞結構示意圖，其化學式為___________。若A的摩爾質量為M g·mol-1，阿伏加德羅常數的值為NA，晶胞參數為apm、apm、bpm，則晶體的密度為___________g·cm-3。

Answer 1

【答案】3 d 平面正三角形 sp2 CaO [Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8 1∶4 Cu2O中Cu+的3d能級為全充滿狀態，較穩定 YBa2Cu3O7

【解析】

（1）Sc(鈧)位于第ⅢB族，有3個價電子，所以Y也有3個價電子，第ⅢB族元素屬于d區；

（2）碳酸根離子中的中心原子碳的價層電子對數為（4+0×3+2）/2=3，所以為sp2雜化，碳與3個氧成鍵，空間構型為平面正三角形，BaO、CaO中，陰、陽離子所帶電荷數均相同，但Ca2+半徑較小，CaO的晶格能較大，熔點較高；

（3）基態銅原子的核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s1，失去3個電子成為1s22s22p63s23p63d8；

（4）根據化合物中各元素的化合價代數和為0進行計算；

（5）Cu2O中Cu的化合價為+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；

（6）根據“均攤法”進行計算；

（7）根據質量除以體積既得密度。

（1）Sc(鈧)位于第ⅢB族，有3個價電子，所以Y也有3個價電子，第ⅢB族元素屬于d區，故答案為：3，d。

（2）碳酸根離子中的中心原子碳的價層電子對數為（4+0×3+2）/2=3，所以為sp2雜化，碳與3個氧成鍵，空間構型為平面正三角形，BaO、CaO中，陰、陽離子所帶電荷數均相同，但Ca2+半徑較小，CaO的晶格能較大，熔點較高，故答案為：平面正三角形，sp2，CaO。

（3）銅是29號元素，基態銅原子的核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s1，失去3個電子成為1s22s22p63s23p63d8，故Cu3+的核外電子排布式為：[Ar]3d8，故答案為：[Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8。

（4）當x=0.2時，則化學式為：YBa2Cu3O6.8，假設+3價Cu個數為a，+2價Cu個數為b，，根據YBa2Cu3O7-x中各元素化合價代數和為0可知：+3+（+2）×2+（+3）×a+（+2）×b+（-2）×6.8=0，則3a+2b=6.6，且a+b=3，可解得a=0.6，b=2.4，即n(Cu3+)∶n(Cu2+)=0.4：2.4=1：4，故答案為：1：4。

（5）銅有CuO和Cu2O兩種氧化物，后者比前者的熱穩定性強，原因是Cu2O中Cu的化合價為+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，故答案為：Cu2O中Cu+的3d能級為全充滿狀態，較穩定。

（6）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個在晶胞內部，另外有10個都在晶胞的面上，所以O有2+10×1/2=7個，由上可知晶體的化學式為：YBa2Cu3O7，故答案為：YBa2Cu3O7。

（7）1個晶胞的體積為(a×10-10cm)2×b×10-10cm=a2b×10-30cm3，A的摩爾質量為Mgmol-1，阿伏加德羅常數的值為NA，則1個晶胞的質量為M/NAg，根據ρ=m/V=M/NAg÷a2b×10-30cm3=1030M/a2bNAg·cm-3，故答案為：1030M/a2bNA。