Question

10．硼元素、钙元素、铜元素在化学战有很重要的地位，单质及其化合物在工农业生产和生活中有广泛的应用．
（1）已知CaC₂与水反应生成乙炔．请回答下列问题：
①将乙炔通入[Cu（NH₃）₂]Cl榕液中生成Cu₂C₂红棕色沉淀，Cu⁺基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰．
②CaC₂中C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体．1molO₂²⁺中含有的π键数目为2N_A．
③乙炔与氢氰酸反应可得丙烯睛（H₂C一CH一C=N）．丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类
型是sp、sp²，构成丙烯腈元素中第一电离能最大的是N．

（2）硼酸（H₃BO₃）是一种片层状结构的白色晶体，层内的H₃BO₃分子间通过氢键相连（如图1〕．则1 mo1H₃BO₃的晶体中有3mol氢键．硼酸溶于水生成弱电解质一水合硼酸
B（OH）₃•H₂O，它电离生成少盆[B（OH）₄]^一和H⁺，则[B（OH）₄]^一的空间构型为正四面体型
（3）某M原子的外围电子排布式为3S²3P⁵，铜与M形成化合物的晶胞如图2所示（黑点代表铜原子，空心圆代表M原子）．
①该晶体化学式为CuCl．
②已知铜和M的电负性分别为1.9和3.0，则铜与M形成的化合物属于共价（填“离子”、“共价”）化合物．
（3）Cu₃N的晶胞结构如图3，N^3-的配位数为6．Cu⁺半径为a pm，N^3-半径为bpm，Cu₃N的密度为$\frac{103×1{0}^{-30}}{4（a+b）^{3}{N}_{A}}$g•cm^一3．（阿伏加德罗常数用N_A表示）

Answer 1

分析 （1）①Cu为29号元素，根据电子排布式的书写方法来解答；
②根据等电子体的结构相似，则O₂²⁺中含有三键，根据三键中有2个π键来计算；
③丙烯腈（H₂C=CH-C≡N）中的C分别形成2个δ键和3个δ键，故碳原子的杂化轨道类型为sp和sp²杂化；越易失去一个电子，则第一电离能越大；
（2）利用均摊法计算含1molH₃BO₃的晶体中的氢键；[B（OH）₄]^-中B原子的价层电子对数分析；
（3）根据价电子排布式判断出M原子为Cl原子；
①晶胞中含有4个Cu原子，Cl原子位于顶点与面心上，利用均摊法计算得出；
②根据电负性差值判断化合物类型；
（4）该晶胞中大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，根据其化学式知，小球为N^3-、大球为Cu⁺，N^3-的配位数为6，该晶胞棱长=（2a+2b）pm=（2a+2b）×10^-10cm，晶胞体积=（2a+2b）³×10^-30cm³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）①Cu为29号元素，3d轨道有10个电子，4s轨道有1个电子，Cu原子失去最外层电子形成Cu⁺，Cu⁺的基态电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；
②等电子体的结构相似，则O₂²⁺中含有三键，所以在1个O₂²⁺含有2个π键，故1 mol O₂²⁺中，含有2N_A个π键，故答案为：2N_A；
③丙烯腈（H₂C=CH-C≡N）中的C分别形成2个δ键和3个δ键，故碳原子的杂化轨道类型为sp和sp²杂化；越易失去一个电子，则第一电离能越大，H₂C=CH-C≡N中N元素最难失去电子，则N的第一电离能最大，故答案为：sp、sp²；N；
（2）一个H₃BO₃分子对应着6个氢键，一个氢键对应着2个H₃BO₃分子，因此含有1 molH₃BO₃分子的晶体中有3mol氢键，[B（OH）₄]^-中B原子形成4个共价键，则B原子的价层电子对数为4，为sp³杂化，没有孤电子对，空间结构为正四面体型；
故答案为：3；正四面体型；
（3）M原子的外围电子排布式为3S²3P⁵，M原子为Cl原子，则
①由晶胞结构可知，Cu原子处于晶胞内部，晶胞中含有4个Cu原子，Cl原子位于顶点与面心上，晶胞中含有Cl原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化学式为CuCl，
故答案为：CuCl；
②电负性差值大于1.7原子间易形成离子键，小于1.7原子间形成共价键，铜与X的电负性分别为1.9和3.0，差值为1.1小于1.7，形成共价键，
故答案为：共价；
（4）该晶胞中大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，根据其化学式知，小球为N^3-、大球为Cu⁺，N^3-的配位数为6，该晶胞棱长=（a+b）pm=（2a+2b）×10^-10cm，晶胞体积=（2a+2b）³×10^-30cm³，晶胞密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{206}{{N}_{A}}×1}{（2a+2b）^{3}×1{0}^{-30}}$g•cm^-3=$\frac{103×1{0}^{-30}}{4（a+b）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3，
故答案为：6；$\frac{103×1{0}^{-30}}{4（a+b）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查较为综合，题目难度中等，涉及电子排布式、第一电离能、晶胞的计算、杂化类型的判断、氢键等知识点，对学生的空间想象有一定要求，侧重考查学生对知识的迁移应用，注意信息的理解和综合应用．