Question

[化学一选修3：物质结构与性质]
一水硫酸四氨合铜（Ⅱ）（化学式为[Cu（NH₃）₄SO₄?H₂O]是一种重要的染料及农药中间体．某学习小组以孔雀石（主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，含少量Fe₂O₃和SO₂杂质）为原料制备该物质的流程如下图：

请回答：
（1）沉淀A的晶体中最小环上的原子个数为

 

，气体C分子中σ键和π键的个数比为

 

．
2）溶液D的溶质阴离子的空间构型为

 

，其中心原子的杂化轨道类型为

 

．
3）MgO的熔点高于CuO的原因为

 

．
4）画出一水硫酸四氨合铜（Ⅱ）中配离子（[Cu（NH₃）₄]²⁺）的配位键

 

．
（5）湿法炼铜就是利用溶液D制得铜单质，铜单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示．

①铜单质晶体中原子的堆积方式为

 

，晶胞中Cu原子的配位数为

 

．
若Cu原子半径为acm，则Cu单质晶体的密度为

 

g/cm³（只列出计算式，阿伏加德罗常数的值为N_A）．

Answer 1

分析：孔雀石（主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，含少量Fe₂O₃和SiO₂杂质）和稀硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳、硫酸铁，二氧化硅不溶于稀硫酸，所以A是二氧化硅，B中含有硫酸铁、硫酸铜，C是二氧化碳，B中加入氧化铜调节溶液的pH生成氢氧化铁，则溶液中存在硫酸铜．
（1）在二氧化硅晶体结构中，每个硅原子结合4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子；二氧化碳分子中含有2个σ键和2个π键；
（2）溶液D的溶质阴离子为硫酸根离子，根据价层电子对互斥理论确定其空间构型和中心原子杂化方式；
（3）离子晶体的熔点与晶格能成正比，晶格能与电荷成正比，与离子半径成反比；
（4）一水硫酸四氨合铜（Ⅱ）中配离子（[Cu（NH₃）₄]²⁺）中铜原子和氮原子形成4个配位键；
（5）①该类型为面心立方最密堆积；配位数=3×8×

1

2

=12；
②根据ρ=

m

V

计算．

解答：解：孔雀石（主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃，含少量Fe₂O₃和SiO₂杂质）和稀硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳、硫酸铁，二氧化硅不溶于稀硫酸，所以A是二氧化硅，B中含有硫酸铁、硫酸铜，C是二氧化碳，B中加入氧化铜调节溶液的pH生成氢氧化铁，则溶液中存在硫酸铜，
（1）二氧化硅晶体结构中，每个硅原子结合4个氧原子原子，同时每个氧原子结合2个硅原子原子，最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，所以一共12个原子；二氧化碳分子中含有2个σ键和2个π键，所以σ键和π键个数比为1：1，
故答案为：12；1：1；
（2）溶液D的溶质阴离子为硫酸根离子，SO₄^2-中价层电子对个数，4+

1

2

（6+2-4×2）=4，所以为正四面体结构，中心原子采用 sp³ 杂化，
故答案为：正四面体；sp³；
（3）离子晶体的熔点与晶格能成正比，晶格能与电荷成正比，与离子半径成反比，氧化镁的中镁离子直径小于铜离子，所以氧化镁的晶格能大于氧化铜，则氧化镁的熔点高，
故答案为：MgO的晶格能大；
（4）一水硫酸四氨合铜（Ⅱ）中配离子（[Cu（NH₃）₄]²⁺）中铜原子和氮原子形成4个配位键，其配位键表示为，
故答案为：；
（5）①根据图片知，铜单质为面心立方最密堆积，铜原子配位数=3×8×

1

2

=12，
故答案为：面心立方最密堆积；12；
③Cu原子半径为acm，则晶胞边长=2

2

acm，晶胞体积V=（2

2

acm）³，每个晶胞中铜原子个数=8×

1

8

+6×

1

2

=4ρ=

m

V

=

M NA ×4

V

=

64 NA ×4

(2 2 a)3

g/cm³=

64×4

(2 2 a)3NA

g/cm³，
故答案为：

64×4

(2 2 a)3NA

．

点评：本题考查较综合，涉及晶胞的计算、配位键、杂化方式的判断、离子空间构型的判断等知识点，根据价层电子对互斥理论确定杂化方式和离子空间构型，难点是晶胞的计算，注意晶胞的边长不是铜原子直径，为易错点．