Question

13．鋰-磷酸氧銅電池正極的活性物質(zhì)是Cu₄O（PO₄）₂，可通過下列反應(yīng)制備：
2Na₃PO₄+CuSO₄+2NH₃•H₂O═Cu₄O（PO）₂↓+3Na₂SO₄+（NH₄）₂SO₄+H₂O
（1）寫出基態(tài)Cu²⁺的電子排布式：[Ar]3d⁹；與Cu同周期的元素中，與銅原子最外層電子數(shù)相等的元素還有K、Cr（填元素符號(hào)）．
（2）PO₄^3-的空間構(gòu)型是正四面體．
（3）P、S元素第一電離能大小關(guān)系為P＞S，原因?yàn)镻元素3p³半充滿，較穩(wěn)定，所以第一電離能大．
（4）NH₃•H₂O分子中NH₃與H₂O之間氫鍵表示為B．（填序號(hào)）
A．N-H…O        B．O-H…N          C．H-N…H        D．H-O…H
（5）氨基乙酸銅分子結(jié)構(gòu)如圖，碳原子的雜化方式為sp³、sp²，基態(tài)碳原子核外電子有6個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．

（6）在硫酸銅溶液中加入過量KCN，生成配合物[Cu（CN）₄]^2-，則1mol該配合物中含有的π鍵的數(shù)目為4.82×10²⁴．
（7）銅晶體為面心立方最密堆積，配位數(shù)為12，銅的原子半徑為127.8pm，NA表示阿伏伽德羅常數(shù)的值，列出晶體銅的密度計(jì)算式9g/cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)構(gòu)造原理寫出其核外電子排布式；根據(jù)其最外層電子數(shù)判斷；
（2）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定其空間構(gòu)型；
（3）同周期自左而右元素的第一電離能呈增大趨勢(shì)，但ⅡA族最外層為ns能級(jí)容納2個(gè)電子，為全滿確定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，ⅤA族np能級(jí)容納3的電子，為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能也高于同周期相鄰元素，同主族自上而下電離能降低；
（4）在氨水中，水分子中O原子和氨氣分子中H原子之間形成氫鍵，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷C原子雜化方式，價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)=σ鍵個(gè)數(shù)+孤電子對(duì)個(gè)數(shù)，如果價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是4，則C原子采用sp³雜化，如果價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3，則C原子采用sp²雜化，如果價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是2，則C原子采用sp雜化；原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和該原子的核外電子數(shù)相等，據(jù)此分析解答；
（6）在CN^-中碳原子與氮原子是以共價(jià)三鍵結(jié)合的，含有1個(gè)?鍵，含有的2個(gè)π鍵；
（7）Cu的晶胞為面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)Cu原子研究，與之最近的Cu原子位于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)Cu原子為12個(gè)面共用，據(jù)此判斷Cu的配位數(shù)；銅晶體為面心立方最密集堆積，據(jù)此可計(jì)算出晶胞中含有銅原子數(shù)，根據(jù)公式ρ=$\frac{m}{v}$計(jì)算得出密度．

解答 解：（1）銅是29號(hào)元素，二價(jià)銅離子核外有27個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理知，其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹或[Ar]3d⁹；Cu最外層電子數(shù)為1，與Cu同周期的元素中，與銅原子最外層電子數(shù)相等的元素還有K、Cr；
故答案為：[Ar]3d⁹；K、Cr；
（2）PO₄^3-中P原子的價(jià)層電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$（5+3-4×2）=4，且不含孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型正四面體，
故答案為：正四面體；
（3）同周期隨原子序數(shù)增大，第一電離能呈增大趨勢(shì)，P元素原子3p能級(jí)為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于S的，故P＞S；原因?yàn)镻元素3p³半充滿，較穩(wěn)定，所以第一電離能大，
故答案為：P＞S；P元素3p³半充滿，較穩(wěn)定，所以第一電離能大；
（4）在氨水中，水分子中O原子的吸引電子的能力比較強(qiáng)，能和氨氣分子中H原子之間形成氫鍵，其氫鍵表示為N-H••O，
故答案為：B；
（5）氨基乙酸銅的分子中一種碳有碳氧雙鍵，C原子含有3個(gè)σ鍵，碳的雜化方式為sp²雜化，另一種碳周圍都是單鍵，C原子含有4個(gè)σ鍵，碳的雜化方式為sp3雜化；C原子具有6個(gè)核外電子，處于不同能層、能級(jí)上的電子具有的能量不同，同一能級(jí)上的電子自旋方向相反，故有6種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，
故答案為：sp³、sp²；6；
（6）在CN^-中碳原子與氮原子是以共價(jià)三鍵結(jié)合的，含有1個(gè)?鍵，含有的2個(gè)π鍵，故1mol該配合物中含有的π鍵2mol，數(shù)目為2N_A=4.82×10²⁴，
故答案為：4.82×10²⁴；
（7）Cu的晶胞為面心立方最密堆積，以頂點(diǎn)Cu原子研究，與之最近的Cu原子位于面心上，每個(gè)頂點(diǎn)Cu原子為12個(gè)面共用，所以Cu的配位數(shù)為12；銅晶體為面心立方最密堆積，則每個(gè)晶胞中含有銅的原子：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半徑為r=127.8pm=1.278×10^-8cm，設(shè)晶胞的邊長(zhǎng)為d，則有$\sqrt{2}$d=4r，所以d=2$\sqrt{2}$r，所以晶體銅的密度ρ=$\frac{\frac{4×64}{NA}}{vbnhlxj^{3}}$=$\frac{4×64}{NA×（2\sqrt{2}×1.278×1{0}^{-8}）^{3}}$g/cm³=9.0g/cm³，
故答案為：9.0；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了雜化方式、核外電子排布、電離能、分子構(gòu)型及晶胞的計(jì)算等內(nèi)容，綜合性強(qiáng)，難度較大，注意利用均攤法計(jì)算晶胞原子數(shù)目．