Question

1．銅在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁，廣泛地應(yīng)用于電氣、機械制造、國防等領(lǐng)域．科學(xué)家可以通過X射線測定銅及其化合物的相關(guān)結(jié)構(gòu)．
①寫出基態(tài)Cu原子的核外電子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
②用晶體的X射線衍射法可以測得阿伏伽德羅常數(shù)．對金屬銅的測定得到以下結(jié)果：晶胞為面心立方最密堆積，邊長為361pm．又知銅的密度為9.00g/cm³，則銅晶胞的體積是4.7×10^-23cm³，晶胞的質(zhì)量是4.23×10^-22克，阿伏伽德羅常數(shù)為6.01×10²³mol^-1（列式計算，已知Ar（Cu）=63.6）．
③圖是銅的某種氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖1，可確定該晶胞中：陰離子的個數(shù)為4；陽離子的配位數(shù)是4．

④通過X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，膽礬CuSO₄•5H₂O可寫成[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，其結(jié)構(gòu)示意圖可簡單表示如圖2：
寫出膽礬晶體中水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式（必須將配位鍵表示出來）．
⑤下列說法正確的是BD（填字母）．
A．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，所有氧原子都采用sp³雜化
B．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，存在配位鍵、共價鍵和離子鍵
C．膽礬是分子晶體，分子間存在氫鍵
D．膽礬中的水在不同溫度下會分步失去
⑥往硫酸銅溶液中加入過量氨水，可生成[Cu（NH₃）₄]²⁺配離子．已知NF₃與NH₃的空間構(gòu)型都是三角錐形，但NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，其原因是NF₃分子中氟原子電負(fù)性強，吸電子，使得氮原子上的孤對電子難于與Cu²⁺形成配位鍵．
⑦Cu₂O的熔點比Cu₂S的高（填“高”或“低”），請解釋原因Cu₂O與Cu₂S相比，陽離子相同、陰離子所帶電荷也相同，但O^2-的半徑比S^2-小，所以Cu₂O的晶格能更大，熔點更高．

Answer 1

分析 ①銅是29號元素，核外有29個電子，根據(jù)核外電子排布式規(guī)則書寫；
②根據(jù)晶胞的邊長為361pm，其體積為（361pm）³；晶胞的質(zhì)量=體積×密度；銅的晶胞為面心立方最密堆積，一個晶胞能分?jǐn)偟?個Cu原子，故銅的摩爾質(zhì)量=$\frac{1}{4}$×晶胞質(zhì)量×N_A，據(jù)此計算N_A；
③陰離子處于晶胞的體心、面心、頂點與棱上，利用均攤法計算，陽離子銅位于體心；
④CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對電子對，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4；
⑤根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖中所有氧原子都是飽和氧原子，存在O→Cu配位鍵，H-O、S-O共價鍵和Cu、O離子鍵，膽礬屬于離子晶體以及膽礬晶體中水兩類，一類是形成配體的水分子，一類是形成氫鍵的水分子等角度分析；
⑥從F原子的電負(fù)性的角度分析；
⑦確定二者的晶體類型，比較微粒間作用力判斷熔點．

解答 解：①銅是29號元素，核外有29個電子，滿足全滿半滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其核外電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；
②1pm=10^-10cm，故一個晶胞的體積為（361×10^-10cm）³=4.7×10^-23cm³；晶胞的質(zhì)量=體積×密度，故一個晶胞的質(zhì)量為4.7×10^-23cm³×9.00g•cm^-3=4.23×10^-22g；銅的晶胞為面心立方最密堆積，一個晶胞中Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故銅的摩爾質(zhì)量=$\frac{1}{4}$×晶胞質(zhì)量×N_A，所以63.6g•mol^-1=$\frac{1}{4}$×4.23×10^-22g×N_A，得N_A=6.01×10²³mol^-1，
故答案為：4.7×10^-23；4.23×10^-22；6.01×10²³mol^-1；
③從圖中可以看出陰離子在晶胞有四類：頂點（8個）、棱上（4個）、面上（2個）、體心（1個），根據(jù)立方體的分?jǐn)偡�，可知該晶胞中陰離子數(shù)目為：8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+2×$\frac{1}{2}$+1=4，Cu位于晶胞內(nèi)部，則平均一個晶胞含有4個Cu，
故答案為：4；4；
④CuSO₄•5H₂O中銅離子含有空軌道，水分子含有孤對電子對，銅離子與水分子之間形成配位鍵，銅離子配體數(shù)為4．水合銅離子的結(jié)構(gòu)簡式為，
故答案為：；
⑤A．該結(jié)構(gòu)中的氧原子部分飽和，部分不飽和，雜化方式不同．從現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，硫酸根離子中S和非羥基O之間除了形成1個σ鍵之外，還形成了反饋π鍵．形成π鍵的電子不能處于雜化軌道上，O必須保留未經(jīng)雜化的p軌道，就不可能是sp3雜化，故A錯誤；
B．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，存在O→Cu配位鍵，H-O、S-O共價鍵和Cu、O離子鍵，故B正確；
C．膽礬是五水硫酸銅，膽礬是由水合銅離子及硫酸根離子構(gòu)成的，屬于離子晶體，故C錯誤；
D．由于膽礬晶體中水兩類，一類是形成配體的水分子，一類是形成氫鍵的水分子，結(jié)合上有著不同，因此受熱時也會因溫度不同而得到不同的產(chǎn)物，故D正確；
故答案為：BD；
⑥F的電負(fù)性比N大，N-F成鍵電子對向F偏移，導(dǎo)致NF₃中N原子核對其孤對電子的吸引能力增強，難以形成配位鍵，故NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，
故答案為：NF₃分子中氟原子電負(fù)性強，吸電子，使得氮原子上的孤對電子難于與Cu²⁺形成配位鍵；
⑦Cu₂O與Cu₂S相比，兩種化合物均屬于離子晶體，由于晶體中O^2-半徑小于S^2-，則Cu₂O的晶格能高于Cu₂S，即熔點高于后者，
故答案為：高；Cu₂O與Cu₂S相比，陽離子相同、陰離子所帶電荷也相同，但O^2-的半徑比S^2-小，所以Cu₂O的晶格能更大，熔點更高．

點評 本題以銅元素及其化合物為載體，綜合考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的主干知識，側(cè)重考查核外電子排布式、化學(xué)鍵類型判斷、配位鍵、晶格能判斷，注意晶胞的結(jié)構(gòu)為解答難點，題目難度中等．