Question

11．铜单质及其化合物在很多领域有重要用途，如金属铜用来制造电线电缆，无水合硫酸铜可用作杀菌剂等．
（1）Cu²⁺的核外电子排布式为[Ar]3d⁹．
（2）科学家通过X射线测胆矾中既含有配位键，又含有氢键，其结构示意图可简单表示如图1：

①胆矾的化学式用配合物的形式表示为[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O．
②胆矾中SO₄^2-的空间构型为正四面体，与SO₄^2-互为等电子体的一种分子为CCl₄（填化学式）；H₂O中O原子的杂化方式为sp³，H₂O、H₂S、H₂Se沸点由高到低的顺序为H₂O＞H₂Se＞H₂S．
（3）向硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu（NH₃）₄]²⁺子．已知NF₃与NH₃的空间构型都是三角锥形，但NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，其原因是F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子．
（4）Cu₃N形成的晶体结构如图2所示，N^3-的配位数是6．设晶胞边长为a cm，密度为b g/cm³，则阿伏加德罗常数可表示为$\frac{206}{a{\;}^{3}b}$（用含a、b的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）Cu元素是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去2个电子生成Cu²⁺，根据构造原理书写铜离子核外电子排布式；
（2）①根据图象知铜离子的配位数是4，另外一个水分子是结晶水分子；
②根据价层电子对互斥理论确定离子空间构型及原子杂化方式；根据等电子体概念可知，原子数和价电子数都相等的微粒互为等电子体，据此分析；氢化物都是分子晶体，分子晶体的熔沸点与其相对分子质量成正比，但含有氢键的氢化物熔沸点较高；
（3）NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（4）该晶胞中黑色球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，白色球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，根据其化学式知，黑色球表示Cu⁺、白色球表示N^3-，N^3-的配位数为6；该晶胞的体积=a³cm³，密度b=$\frac{\frac{64×3+14}{N{\;}_{A}}}{a{\;}^{3}}$，据此计算N_A．

解答 解：（1）Cu元素是29号元素，其原子核外有29个电子，Cu原子失去2个电子生成Cu²⁺，根据构造原理知铜离子核外电子排布式为[Ar]3d⁹，故答案为：[Ar]3d⁹；
（2）①根据图象知铜离子的配位数是4，另外一个水分子是结晶水分子，所以其表示式为[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，故答案为：[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O；
②胆矾中SO₄^2-的价层电子对个数=4+$\frac{1}{2}$×（6+2-4×2）=4，所以其空间构型正四面体结构，H₂O中O原子价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$×（6-2×2）=4且含有两个孤电子对，所以O原子的杂化方式为sp³；
根据等电子体概念可知，原子数和价电子数都相等的微粒互为等电子体，SO₄^2-离子中有5个原子，价电子数为32，所以与SO₄^2-离子互为等电子体的一种分子为CCl₄、SiCl₄等；氢化物都是分子晶体，分子晶体的熔沸点与其相对分子质量成正比，但含有氢键的氢化物熔沸点较高，H₂O分子中含有氢键，所以熔沸点最高，熔沸点高低顺序是H₂O＞H₂Se＞H₂S，
故答案为：正四面体；CCl₄；sp³；H₂O＞H₂Se＞H₂S；
（3）F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子，所以NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，故答案为：F的电负性大于N元素，NF₃中N-F成键电子对偏向于F原子，N原子上的孤对电子难与铜离子形成配离子；
（4）该晶胞中黑色球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，白色球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，根据其化学式知，黑色球表示Cu⁺、白色球表示N^3-，N^3-的配位数为6；该晶胞的体积=a³cm³，密度b=$\frac{\frac{64×3+14}{N{\;}_{A}}}{a{\;}^{3}}$，则N_A=$\frac{64×3+14}{a{\;}^{3}b}$=$\frac{206}{a{\;}^{3}b}$，
故答案为：6；$\frac{206}{a{\;}^{3}b}$．

点评 本题考查了物质结构和性质，涉及原子核外电子排布式的书写、微粒空间构型及原子杂化方式的判断、晶胞的计算等知识点，这些知识点都是高考高频点，根据构造原理、价层电子对互斥理论、密度公式进行分析解答即可，难点是晶胞的计算，题目难度中等．