Question

12．Cu₃N具有良好的电学和光学性能，在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工业等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用．
（1）C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C，与N^3-含有相同电子数的三原子分子的空间构型是V形．
（2）Cu⁺电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，其在酸性溶液中不稳定，可发生歧化反应生成Cu²⁺和Cu，但CuO在高温下会分解成Cu₂O，试从结构角度解释高温下CuO何会生成Cu₂O：Cu⁺价电子排布式为3d¹⁰，为全充满结构，更稳定．
（3）在Cu的催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛，乙醛分子中碳原子的杂化方式是sp²、sp³，乙醛分子中H-C-O的键角大于（填“大于”“等于”或“小于”）乙醇分子中的H-C一0的键角．
（4）[Cu（H₂0）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂0被Cl^-取代有两种不同的结构，试画出[Cu（H₂0）₂（C1）₂]具有极性的分子的结构式：．
（5）Cu₃N的晶胞结构如右图，N^3-的配位数为6，Cu⁺半径为a pm，N^3-半径为b pm，Cu₃N的密度$\frac{103×1{0}^{-30}}{4（a+b）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3．（阿伏加德罗常数用N_A表示）

Answer 1

分析 （1）同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；与N^3-含有相同电子数的三原子分子为O₃，根据价层电子对互斥理论确定其空间构型；
（2）Cu⁺核外有28个电子，Cu原子核外有29个电子，其基态原子电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu原子失去最外层一个电子生成Cu⁺，根据构造原理书写Cu⁺核外电子排布式；原子轨道中电子处于全空、全满或半满时原子最稳定；
（3）根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型，根据分子空间构型确定键角大小；
（4）[Cu（H₂0）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂0被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂0）₂（C1）₂]分子为极性分子，说明该分子中相同基团位于相邻位置；
（5）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）同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，这三种元素位于同一周期，且C、N、O分别位于第IVA族、VA族、VIA族，所以第一电离能大小顺序是N＞O＞C；
与N^3-含有相同电子数的三原子分子为O₃，以其中一个O原子为中心原子，剩余两个O原子为配原子，其价层电子对个数是3且含有一个孤电子对，所以为V形结构，
故答案为：N＞O＞C；
（2）Cu⁺核外有28个电子，Cu原子核外有29个电子，其基态原子电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu原子失去最外层一个电子生成Cu⁺，根据构造原理知Cu⁺核外电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰；原子轨道中电子处于全空、全满或半满时原子最稳定，Cu⁺价电子排布式为3d¹⁰，为全充满结构，更稳定，所以高温下CuO何会生成Cu₂O，
故答案为：1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰；Cu⁺价电子排布式为3d¹⁰，为全充满结构，更稳定；
（3）乙醛分子中甲基上C原子价层电子对个数是4，所以采用sp³杂化，醛基上碳原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以采用sp²杂化；
乙醛分子中醛基为平面三角形结构，乙醇分子中含有羟基的C原子和其连接的基团为正四面体结构，所以乙醛分子中H-C-O的键角大于乙醇分子中的H-C一0的键角，
故答案为：sp²、sp³；大于；
（4）[Cu（H₂0）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂0被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂0）₂（C1）₂]分子为极性分子，说明该分子中相同基团位于相邻位置，其结构式为，故答案为：；
（5）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 本题考查晶胞计算、微粒空间构型判断、原子杂化方式判断、原子核外电子排布等知识点，侧重考查分析、计算、空间想象能力，明确均摊法、价层电子对互斥理论、构造原理等知识点即可解答，难点是晶胞计算方法，题目难度中等．