Question

7．銅單質(zhì)及其化合物在很多領(lǐng)域中都有重要的用途．請(qǐng)回答以下問題：
（1）超細(xì)銅粉可用作導(dǎo)電材料、催化劑等，其制備方法如下：

①NH₄CuSO₃中金屬陽(yáng)離子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰．N、O、S三種元素的第一電離能大小順序?yàn)镹＞O＞S（填元素符號(hào)）．
②SO₄^2-的空間構(gòu)型為正四面體形，與SO₄^2-互為等電子體的有機(jī)分子的化學(xué)式為CCl₄．
（2）某學(xué)生用硫酸銅溶液與氨水做了一組實(shí)驗(yàn)，CuSO₄溶液中加氨水生成藍(lán)色沉淀，再加氨水沉淀溶解，得到深藍(lán)色透明溶液，最后向該溶液中加入一定量乙醇，析出[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O晶體，請(qǐng)解釋加入乙醇后析出晶體的原因乙醇分子比水分子極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，從而減小溶質(zhì)的溶解度；在該晶體中存在的化學(xué)鍵的種類有離子鍵、配位鍵、共價(jià)鍵．
（3）氯和鉀與不同價(jià)態(tài)的銅可生成兩種化合物，其陰離子均為無限長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)（如圖所示），a位置上Cl原子的雜化軌道類型為sp³雜化．已知其中一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，則另一種化合物的化學(xué)式為K₂CuCl₃．

（4）用晶體的X射線衍射法可以測(cè)得阿伏加德羅常數(shù)的值．對(duì)金屬銅的測(cè)定得到以下結(jié)果：銅晶胞為面心立方最密堆積，邊長(zhǎng)為361pm．又知銅的密度為9.00g•cm^-3，則銅原子的直徑約為128pm，求算阿伏加德羅常數(shù)的表達(dá)式為$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①先判斷金屬離子的化合價(jià)，再根據(jù)根據(jù)核外電子排布式的書寫規(guī)則書寫，注意3d能級(jí)的能量大于4s能級(jí)的能量，失電子時(shí)，先失去最外層上的電子；N、O、S三種元素中由于N原子的2p軌道是半充滿狀態(tài)，所以第一電離能最大；同主族元素，隨電子層數(shù)的增多，第一電離能逐漸減��；
②根據(jù)SO₄^2-中S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)判斷；原子數(shù)相同、價(jià)電子數(shù)也相同的微�；�為等電子體；
（2）根據(jù)相似相容原理判斷；陰陽(yáng)離子存在離子鍵，非金屬元素間易形成共價(jià)鍵，配合物中存在配位鍵；
（3）a位置上Cl原子成2個(gè)單鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)為4，據(jù)此判斷；一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價(jià)，故另一種化合物中銅為+1價(jià)，CuCl₃原子團(tuán)的化合價(jià)為-2，據(jù)此書寫；
（4）銅的晶胞為面心立方最密堆積，根據(jù)其晶胞的堆積類型判斷，三個(gè)銅原子相切，形成晶胞的面對(duì)角線，由此得到銅原子半徑；根據(jù)銅摩爾質(zhì)量=摩爾體積×密度計(jì)算．

解答 解：（1）①銅是29號(hào)元素，根據(jù)能量最低原理其態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，該原子失去一個(gè)電子時(shí)，生成亞銅離子，失去的電子是最外層電子，所以亞銅離子的基態(tài)的電子排布式為：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰． 元素周期律中，同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但第ⅡA和第ⅢA、第ⅤA和第ⅥA互換，同一主族元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而減小，所以其第一電離能大小為N＞O＞S，
故答案為：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；N＞O＞S；
②SO₄^2-的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，沒有孤電子對(duì)，所以空間構(gòu)型為正四面體型；與SO₄^2-互為等電子體的有機(jī)分子的化學(xué)式為是CCl₄；
故答案為：正四面體形，CCl₄；
（2）在水中得到深藍(lán)色透明溶液，加入乙醇析出晶體，說明在乙醇中溶解性降低，根據(jù)相似相溶分析：乙醇分子比水分子極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，從而減小溶質(zhì)的溶解度；[Cu（NH₃）₄]SO₄中硫酸根離子和[Cu（NH₃）₄]²⁺存在離子鍵，N原子和銅原子之間存在配位鍵，NH₃中H和N之間存在共價(jià)鍵，所以[Cu（NH₃）₄]SO₄中所含的化學(xué)鍵有共價(jià)鍵、離子鍵、配位鍵；
故答案為：乙醇分子比水分子極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，從而減小溶質(zhì)的溶解度；共價(jià)鍵、離子鍵、配位鍵；
（3）a位置上Cl原子成2個(gè)單鍵，含有2對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)為4，雜化軌道類型為：sp³，一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價(jià)，故另一種化合物中銅為+1價(jià)，CuCl₃原子團(tuán)的化合價(jià)為-2，其化學(xué)式為：K₂CuCl₃，
故答案為：sp³、K₂CuCl₃；
（4）銅的晶胞為面心立方最密堆積，一個(gè)晶胞能分?jǐn)偟?個(gè)Cu原子；晶胞面對(duì)角線長(zhǎng)為銅原子半徑的四倍，銅原子半徑=$\frac{361×\sqrt{2}}{4}$=128；
1pm=10^-10cm，故一個(gè)晶胞的體積為（361×10^-10）³cm³；
晶胞的質(zhì)量=體積×密度，一個(gè)晶胞的質(zhì)量為（361×10^-10）³cm³×9.00g•cm^-3；
在一個(gè)體心晶胞含4個(gè)銅原子，故銅的摩爾質(zhì)量=$\frac{1}{4}$×晶胞的質(zhì)量×N_A，
64g•mol^-1=$\frac{1}{4}$×（361×10^-10）³cm³×9.00g•cm^-3×N_A，
得N_A=$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1，
故答案為：128；$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，題目涉及電子排布式、第一電離能、等電子體、化學(xué)鍵、晶胞的計(jì)算等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．