Question

7．铜单质及其化合物在很多领域中都有重要的用途．请回答以下问题：
（1）超细铜粉可用作导电材料、催化剂等，其制备方法如下：

①NH₄CuSO₃中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-的空间构型为正四面体形，与SO₄^2-互为等电子体的有机分子的化学式为CCl₄．
（2）某学生用硫酸铜溶液与氨水做了一组实验，CuSO₄溶液中加氨水生成蓝色沉淀，再加氨水沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液，最后向该溶液中加入一定量乙醇，析出[Cu（NH₃）₄]SO₄•H₂O晶体，请解释加入乙醇后析出晶体的原因乙醇分子比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；在该晶体中存在的化学键的种类有离子键、配位键、共价键．
（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（如图所示），a位置上Cl原子的杂化轨道类型为sp³杂化．已知其中一种化合物的化学式为KCuCl₃，则另一种化合物的化学式为K₂CuCl₃．

（4）用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数的值．对金属铜的测定得到以下结果：铜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，则铜原子的直径约为128pm，求算阿伏加德罗常数的表达式为$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①先判断金属离子的化合价，再根据根据核外电子排布式的书写规则书写，注意3d能级的能量大于4s能级的能量，失电子时，先失去最外层上的电子；N、O、S三种元素中由于N原子的2p轨道是半充满状态，所以第一电离能最大；同主族元素，随电子层数的增多，第一电离能逐渐减小；
②根据SO₄^2-中S原子的价层电子对数判断；原子数相同、价电子数也相同的微粒互为等电子体；
（2）根据相似相容原理判断；阴阳离子存在离子键，非金属元素间易形成共价键，配合物中存在配位键；
（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）铜的晶胞为面心立方最密堆积，根据其晶胞的堆积类型判断，三个铜原子相切，形成晶胞的面对角线，由此得到铜原子半径；根据铜摩尔质量=摩尔体积×密度计算．

解答 解：（1）①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[Ar]3d¹⁰4s¹，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． 元素周期律中，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅡA和第ⅢA、第ⅤA和第ⅥA互换，同一主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小，所以其第一电离能大小为N＞O＞S，
故答案为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；N＞O＞S；
②SO₄^2-的价层电子对数=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，没有孤电子对，所以空间构型为正四面体型；与SO₄^2-互为等电子体的有机分子的化学式为是CCl₄；
故答案为：正四面体形，CCl₄；
（2）在水中得到深蓝色透明溶液，加入乙醇析出晶体，说明在乙醇中溶解性降低，根据相似相溶分析：乙醇分子比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；[Cu（NH₃）₄]SO₄中硫酸根离子和[Cu（NH₃）₄]²⁺存在离子键，N原子和铜原子之间存在配位键，NH₃中H和N之间存在共价键，所以[Cu（NH₃）₄]SO₄中所含的化学键有共价键、离子键、配位键；
故答案为：乙醇分子比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；共价键、离子键、配位键；
（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）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；晶胞面对角线长为铜原子半径的四倍，铜原子半径=$\frac{361×\sqrt{2}}{4}$=128；
1pm=10^-10cm，故一个晶胞的体积为（361×10^-10）³cm³；
晶胞的质量=体积×密度，一个晶胞的质量为（361×10^-10）³cm³×9.00g•cm^-3；
在一个体心晶胞含4个铜原子，故铜的摩尔质量=$\frac{1}{4}$×晶胞的质量×N_A，
64g•mol^-1=$\frac{1}{4}$×（361×10^-10）³cm³×9.00g•cm^-3×N_A，
得N_A=$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1，
故答案为：128；$\frac{4×64}{9×（3.61×1{0}^{-8}）^{3}}$mol^-1．

点评 本题考查了物质结构与性质，题目涉及电子排布式、第一电离能、等电子体、化学键、晶胞的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．