Question

3．[化学--选修3：物质结构与性质]铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途．请回答以下问题：
（1）超细铜粉可应用于导电材料、催化剂等领域中，其某制备方法如图1：

①NH₄CuSO₃中的金属阳离子的核外电子排布式为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰．N、O、S三种元素的第一电离能大小顺序为：N＞O＞S（填元素符号）．②SO₄^2-离子的空间构型为正四面体．
（2）氯化亚铜（CuCl）的某制备过程是：向CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微热，反应一段时间后即生成CuCl白色沉淀．①写出上述制备CuCl的离子方程式：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-．②CuCl的熔点比CuO的熔点低．（填“高”或“低”）
（3）氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，其阴离子均为无限长链结构（如图2），a位置上Cl原子的杂化轨道类型为sp³．已知其中一种化合物的化学式为KCuCl₃，另一种的化学式为K₂CuCl₃．
（4）用晶体的x射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数．对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361pm．又知铜的密度为9.00g•cm^-3，则铜晶胞的体积是4.7×10^-23 cm³、晶胞的质量是4.23×10^-22g、阿伏加德罗常数为6.01×10²³mol^-1（列式计算，己知Ar（Cu）=63.6）．

Answer 1

分析 （1）化合物NH₄CuSO₃中铜为+1价，核外有28个电子，根据核外电子排布规律书写Cu⁺核外电子排布式；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势，氮元素2p能级处于半满稳定状态，能量低；SO₄^2-中硫原子的价电子层电子对数为$\frac{6+2}{2}$=4；
（2）①CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微热生成CuCl沉淀，铜元素化合价由+2价降低为+1价，硫元素被氧化，二氧化硫被氧化为硫酸；
②CuCl和CuO都是离子晶体，离子的半径越小，所带电荷越多，晶格能越大，熔点就越高；
（3）a位置上Cl原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，据此判断；一种化合物的化学式为KCuCl₃，其中铜元素为+2价，故另一种化合物中铜为+1价，CuCl₃原子团的化合价为-2，据此书写；
（4）根据晶胞的棱长a，其体积为a³；晶胞的质量=体积×密度；铜的晶胞为面心立方最密堆积，一个晶胞能分摊到4个Cu原子，故铜的摩尔质量=$\frac{1}{4}$×晶胞质量×N_A，据此计算N_A．

解答 解：（1）化合物NH₄CuSO₃中铜为+1价，核外有28个电子，铜是29号元素，根据能量最低原理其态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或，该原子失去一个电子时，生成亚铜离子，失去的电子是最外层电子，所以亚铜离子的基态的电子排布式为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大呈增大趋势，氮元素2p能级处于半满稳定状态，能量低，氮元素的第一电离能高于同周期相邻元素第一电离能，所以第一电离能 N＞O＞S；SO₄^2-中硫原子的价电子层电子对数为$\frac{6+2}{2}$=4，孤电子对数为0，所以SO₄^2-是正四面体，
故答案为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；N＞O＞S；正四面体；
（2）①CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微热生成CuCl沉淀，铜元素化合价由+2价降低为+1价，硫元素被氧化，二氧化硫被氧化为硫酸．所以该反应的离子方程式为：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，故答案为：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-；
②CuCl和CuO都是离子晶体，离子晶体中晶格能越大，熔点越高，晶格能与离子的半径和电荷有关，离子的半径越小，所带电荷越多，晶格能越大，熔点就越高，CuCl中氯离子半径大于CuO的中氧离子半径，CuCl中氯离子所带电荷小于CuO中氧离子所带电荷，所以CuCl的熔点比CuO的熔点低，故答案为：低；
（3）a位置上Cl原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，杂化轨道类型为：sp³，
一种化合物的化学式为KCuCl₃，其中铜元素为+2价，故另一种化合物中铜为+1价，CuCl₃原子团的化合价为-2，其化学式为：K₂CuCl₃，
故答案为：sp³；K₂CuCl₃；
（4）1pm=10^-10cm，故一个晶胞的体积为（361×10^-10cm^）3=4.7×10^-23cm³；晶胞的质量=体积×密度，故一个晶胞的质量为4.7×10^-23cm³×9.00g•cm^-3=4.23×10^-22g；铜的晶胞为面心立方最密堆积，一个晶胞中Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故铜的摩尔质量=$\frac{1}{4}$×晶胞质量×N_A，所以63.6g•mol^-1=$\frac{1}{4}$×4.23×10^-22g×N_A，得N_A=6.01×10²³mol^-1，
故答案为：4.7×10^-23；4.23×10^-22；6.01×10²³mol^-1．

点评 本题考查较为综合，涉及电子排布式、分子的立体构型、杂化轨道类型、以及晶体结构分析等知识，题目难度中等，本题注意晶胞配位数的判断方法．