Question

20．化學(xué)作為一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，在材料科學(xué)、生命科學(xué)、能源科學(xué)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用．
（1）高溫超導(dǎo)材料釔鋇銅氧的化學(xué)式為YBaCu₃O₇，其中$\frac{1}{3}$的Cu以罕見的Cu³⁺形式存在．Cu在元素周期表中的位置為第四周期第ⅠB族，基態(tài)Cu³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸．
（2）磁性材料在生活和科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用廣泛．研究表明，若構(gòu)成化合物的陽離子有未成對電子時(shí)，則該化合物具有磁性．下列物質(zhì)適合作錄音磁帶磁粉原料的為B（填選項(xiàng)字母）．
A．V₂O₅    B．CrO₂    C．PbO    D．ZnO
（3）屠呦呦因在抗瘧藥--青蒿素研究中的杰出貢獻(xiàn)，成為首獲科學(xué)類諾貝爾獎(jiǎng)的中國人．青蒿素的結(jié)構(gòu)簡式如圖1所示，其組成元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)镺＞C＞H；碳原子的雜化方式為sp²、sp³．
（4）“可燃冰”因儲(chǔ)量大、污染小被視為未來石油的替代能源，由甲烷和水形成的“可燃冰”結(jié)構(gòu)如圖2所示．
①“可燃冰”中分子間存在的作用力為氫鍵、范德華力．
②H₂O的VSEPR模型為四面體形
比較鍵角的大�。篐₂O＜CH₄（填“＞”“＜”或“=”），原因?yàn)榧淄榉肿拥碾s化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角小

（5）鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車、衛(wèi)星等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景．該電池負(fù)極材料為石墨，石墨為層狀結(jié)構(gòu)（如圖3），其晶胞結(jié)構(gòu)如圖4所示，該晶胞中有4個(gè)碳原子．已知石墨的層間距為apm，C-C鍵長為b pm，阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A，則石墨晶體的密度為$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$g•cm^-3（列出計(jì)算式）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外電子數(shù)為29，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，失去4s能級1個(gè)電子、3d能級2個(gè)電子形成Cu³⁺；
（2）構(gòu)成化合物的陽離子有未成對電子時(shí)，該化合物具有磁性，適合作錄音磁帶磁粉原料，根據(jù)離子核外電子排布式判斷；
（3）青蒿素的組成元素有C、H、H，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大；分子中酯基中C原子為形成3個(gè)σ鍵、其它碳原子形成4個(gè)σ鍵，均沒有孤對電子；
（4）①水分子之間形成氫鍵，分子之間還存在范德華力；
②H₂O分子中O原子形成2個(gè)σ鍵、含有2對孤電子對；孤對電子與成鍵電子的排斥力比成鍵電子之間排斥力大；
（5）根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中C原子數(shù)目，C-C鍵長為b pm，則上、下底面為菱形，上底面棱長為b pm×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×2=$\sqrt{3}$b pm，石墨的層間距為apm，則晶胞高為2a pm，計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度．

解答 解：（1）Cu原子核外電子數(shù)為29，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，處于周期表中第四周期第ⅠB族，失去4s能級1個(gè)電子、3d能級2個(gè)電子形成Cu³⁺，基態(tài)Cu³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸，
故答案為：第四周期第ⅠB族；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸；
（2）A．V₂O₅ 中V⁵⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶，沒有未成對電子，沒有磁性；
B．CrO₂ 中Cr⁴⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²，有未成對電子，具有磁性；
C．PbO 中Pb處于IVA族，失去p能級2電子形成Pb²⁺，沒有未成對電子，沒有磁性；
D．ZnO中Zn²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，沒有未成對電子，沒有磁性，
CrO₂適合作錄音磁帶磁粉原料，
故選：B；
（3）青蒿素的組成元素有C、H、H，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大，故電負(fù)性O(shè)＞C＞H；分子中酯基中C原子為形成3個(gè)σ鍵、其它碳原子形成4個(gè)σ鍵，均沒有孤對電子，碳原子的雜化方式為 sp²、sp³，
故答案為：O＞C＞H；sp²、sp³；
（4）①水分子之間形成氫鍵，分子之間還存在范德華力，故答案為：氫鍵、范德華力；
②H₂O分子中O原子形成2個(gè)σ鍵、含有2對孤電子對，VSEPR模型為四面體形；甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角小，則鍵角H₂O＜CH₄，
故答案為：四面體形；＜；甲烷分子的雜化軌道中無孤電子對，而H₂O分子有兩對孤對電子，孤對電子與成鍵電子的排斥力大、鍵角��；
（5）根據(jù)均攤法，晶胞中C原子數(shù)目=1+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+2×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量為$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g，C-C鍵長為b pm，則上、下底面為菱形，上底面棱長為b pm×$\frac{\sqrt{3}}{2}$×2=$\sqrt{3}$b pm，石墨的層間距為apm，則晶胞高為2a pm，則晶胞密度為$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g÷{[2×$\frac{1}{2}$×$\sqrt{3}$b×10^-10×$\sqrt{3}$b×10^-10×sin60°cm]×2a×10^-10cm}=$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$g．cm^-3，
故答案為：4；$\frac{16×1{0}^{30}}{\sqrt{3}a^{2}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電負(fù)性、雜化方式、價(jià)層電子對互斥理論、晶胞計(jì)算等，（5）為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計(jì)算能力，難度較大．