
一、化学与人工智能(AI)(20分)
I.今年,国产DeepSeek开源AI模型大放异彩。AI模型训练需要使用图形处理器(GPU),GPU芯片的主要成分是硅,纯硅(晶体结构如下图所示)的导电性较差,在硅中引入特定的元素(如磷、硼等),可以增强其导电性。
(1)下列关于硼的说法中,正确的是_______。
A.硼元素位于元素周期表中的第2周期第3族
B.硼元素位于元素周期表中的s区
C.基态硼原子有2种不同形状的电子云
D.基态硼原子有3种不同运动状态的电子
(2)下列关于硅和磷的性质比较中,正确的是_______。(不定项)
A.原子半径:Si>P B.第一电离能:Si>P
C.熔点:Si>P4(白磷) D.酸性:H2SiO3>H3PO4
(3)当磷原子取代了纯硅中少量硅原子后,能形成导电性较好的n型半导体。请从结构的角度解释导电性增强的原因。_______
【答案】(1)C(2分)
(2)AC(2分)
(3)磷原子最外层有5个电子,4个与硅原子成键后还有一个电子没有成键,该电子在一定条件下可以定向移动而导电(3分)
【解析】(1)A项,硼元素位于元素周期表中第2周期第IIIA族,而非第3族,故A错误;B项,硼为p区元素,故B错误;C项,基态硼原子(1s22s22p1)有s、p两种形状的电子云,故C正确;D项,基态硼原子有5个电子,有5种不同运动状态的电子,故D错误;故选C。
(2)A项,同周期中原子序数越大,原子半径越小,Si(14号)原子半径大于P(15号),故A正确;B项,由于同周期电离能整体越来越大,且P的3p处于半充满状态,较稳定,故第一电离能Si<P,故B错误;C项,Si为共价晶体,P4为分子晶体,一般共价晶体熔沸点比分子晶体熔沸点高,故Si>P4,故C正确;D项,Si与P非金属性为Si<P,故最高价水化物含氧酸H2SiO3<H3PO4,故D错误;故选AC。
(3)当磷原子取代了纯硅中少量硅原子后,能形成导电性较好的n型半导体原因在于磷原子最外层有5个电子,4个与硅原子成键后还有一个电子没有成键,该电子在一定条件下可以定向移动而导电,故答案为:磷原子最外层有5个电子,4个与硅原子成键后还有一个电子没有成键,该电子在一定条件下可以定向移动而导电。
II.2024年诺贝尔化学奖授予了利用AI设计蛋白质和预测结构的科学家们,利用AI模拟出的血红蛋白的部分结构如下图所示(表示蛋白质的其他部分)。