Question

6．铜是重要金属，Cu及其化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途．请回答以下问题：
（1）CuSO₄可由金属铜与稀硫酸并通入氧气反应制备，该反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀）$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（2）无水CuSO₄粉末常用来检验一些有机物中的微量水分，现象是白色粉末变成蓝色晶体；
（3）SO₄^2-的立体构型是正四面体，其中S原子的杂化轨道类型是sp³；
（4）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为6s¹；一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层（填“密置层”、“非密置层”），金原子的配位数为12；该晶体中，原子之间的作用力是金属键；
（5）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中．若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构结构相似，该晶体储氢后的化学式应为H₈AuCu₃．若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则该晶体储氢后的密度为$\frac{397}{2\sqrt{2}NAa3}$g/cm³．（含a的表达式）

Answer 1

分析 （1）加热条件下，Cu和稀硫酸、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜和水，根据反应物、生成物和反应条件书写方程式；
（2）无水硫酸铜固体是白色、五水硫酸铜晶体是蓝色；
（3）硫酸根离子中S原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论确定硫酸根离子空间构型及S原子杂化方式；
（4）根据Cu原子结构知，Au原子最外层为第6电子层，且最外层只有一个电子；
一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层，Au原子配位数=3×8÷2；该晶体是由金属晶体，原子之间存在金属键；
（5）该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构结构相似，则在金属晶胞内部有8个H原子，该晶胞中含有1个Au原子、3个Cu原子，据此判断其化学式；
若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则晶胞棱长=$\sqrt{2}$acm，晶胞体积=（$\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$．

解答 解：（1）加热条件下，Cu和稀硫酸、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜和水，根据反应物、生成物和反应条件书写方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀） $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀） $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（2）无水硫酸铜固体是白色、五水硫酸铜晶体是蓝色，所以无水硫酸铜吸水后固体由白色变为蓝色，故答案为：白色粉末变成蓝色晶体；
（3）硫酸根离子中S原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论确定硫酸根离子空间构型为正四面体，S原子杂化方式为sp³；
故答案为：正四面体，sp³；
（4）根据Cu原子结构知，Au原子最外层为第6电子层，且最外层只有一个电子，其最外层电子排布式为6s¹；
一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层，Au原子配位数=3×8÷2=12；该晶体是由金属晶体，原子之间存在金属键；
故答案为：6s¹；密置层；12；金属键；
（5）该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构结构相似，则在金属晶胞内部有8个H原子，该晶胞中含有Au原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，据此判断其化学式为H₈AuCu₃；
若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则晶胞棱长=$\sqrt{2}$acm，晶胞体积=（$\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{\frac{397}{{N}_{A}}}{2\sqrt{2}{a}^{3}}$g/cm³，
故答案为：H₈AuCu₃；$\frac{397}{2\sqrt{2}NAa3}$g/cm³．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、原子核外电子排布、原子杂化、空间构型判断、氧化还原反应等知识点，侧重考查学生分析计算能力，难点是晶胞计算，注意密度公式中各个字母含义，题目难度中等．