Question

14．锂一磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu₄O（PO₄）₂，可通过下列反应制备：
2Na₃PO₄+CuSO₄+2NH₃•H₂O=Cu₄O（PO₄）₂↓+3Na₂SO₄+（NH₄）₂SO₄+H₂O
（1）写出基态Cu²⁺的电子排布式：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹或[Ar]3d⁹．
（2）PO₄^3-的空间构型是正四面体．
（3）P、S元素第一电离能大小关系为P＞S．
（4）氨基乙酸铜分子结构如图1，碳原子的杂化方式为sp³、sp²，基态碳原子核外电子有6
个空间运动状态．

（5）在硫酸铜溶液中加入过量KCN，生成配合物^2-，则1mol该配合物含有的π键的数目为4.82×10²⁴．
（6）铜晶体密堆积方式如图2所示，铜原子的配位数为12，铜的原子半径为127.8pm，N_A表示阿伏伽德罗常数的值，列出晶体铜的密度计算式$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}×1.278×1{0}^{-8}）^{3}}$g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）根据构造原理写出其核外电子排布式；
（2）根据价层电子对互斥理论确定其空间构型；
（3）同周期自左而右元素的第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族最外层为ns能级容纳2个电子，为全满确定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，ⅤA族np能级容纳3的电子，为半满稳定状态，能量较低，第一电离能也高于同周期相邻元素，同主族自上而下电离能降低；
（4）根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，如果价层电子对个数是4，则C原子采用sp³杂化，如果价层电子对个数是3，则C原子采用sp²杂化，如果价层电子对个数是2，则C原子采用sp杂化；原子核外电子运动状态和该原子的核外电子数相等，据此分析解答；
（5）在CN^-中碳原子与氮原子是以共价三键结合的，含有1个?键，含有的2个π键；
（6）根据图2可知，Cu的晶胞为面心立方最密堆积，以顶点Cu原子研究，与之最近的Cu原子位于面心上，每个顶点Cu原子为12个面共用，据此判断Cu的配位数；铜晶体为面心立方最密集堆积，据此可计算出晶胞中含有铜原子数，根据公式ρ=$\frac{m}{V}$计算得出密度．

解答 解：（1）铜是29号元素，二价铜离子核外有27个电子，根据构造原理知，其核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹或[Ar]3d⁹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹或[Ar]3d⁹；
（2）PO₄^3-中P原子的价层电子对=4+（5+3-4×2）=4，且不含孤电子对，所以其空间构型正四面体，
故答案为：正四面体；
（3）同周期随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，P元素原子3p能级为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于S的，故P＞S；原因为P元素3p³半充满，较稳定，所以第一电离能大，
故答案为：P＞S；
（4）氨基乙酸铜的分子中一种碳有碳氧双键，C原子含有3个σ键，碳的杂化方式为sp²杂化，另一种碳周围都是单键，C原子含有4个σ键，碳的杂化方式为sp3杂化；C原子具有6个核外电子，处于不同能层、能级上的电子具有的能量不同，同一能级上的电子自旋方向相反，故有6种不同的运动状态，
故答案为：sp³、sp²；6；
（5）在CN^-中碳原子与氮原子是以共价三键结合的，含有1个?键，含有的2个π键，故1mol该配合物中含有的π键2mol，其数目为2N_A=4.82×10²⁴，
故答案为：4.82×10²⁴；
（6）根据图2可知，Cu的晶胞为面心立方最密堆积，以顶点Cu原子研究，与之最近的Cu原子位于面心上，每个顶点Cu原子为12个面共用，所以Cu的配位数为12；铜晶体为面心立方最密堆积，则每个晶胞中含有铜的原子：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半径为r=127.8pm=1.278×10^-8cm，设晶胞的边长为d，则有$\sqrt{2}$d=4r，所以d=2$\sqrt{2}$r，所以晶体铜的密度为：ρ=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}}{{d}^{3}}$=$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}×1.278×1{0}^{-8}）^{3}}$g/cm³，
故答案为：12；$\frac{4×64}{{N}_{A}（2\sqrt{2}×1.278×1{0}^{-8}）^{3}}$．

点评 本题考查较为综合，涉及晶胞计算、核外电子排布、电离能、分子构型等内容，综合性强，难度较大，注意利用均摊法计算晶胞原子数目，试题培养了学生的分析、理解能力及综合应用能力．