Question

3．銅單質(zhì)及其化合物在很多領(lǐng)域中都有重要的用途．

（1）超細(xì)鎘粉可用作導(dǎo)電材料、催化劑等，其制備方法如圖1：
①下列說法正確的是ade
a．Cu（NH₃）₄SO₄中所含的化學(xué)鍵有離子鍵、極性鍵和配位鍵
b．NH₃分子和H₂O分子，分子空間構(gòu)型不同，氨氣分子的鍵角小于水分子的鍵角
c．Cu（NH₃）₄SO₄的組成元素中第-電離能最大的是氧元素
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界離子的空間構(gòu)型為正四面體
e．SO${\;}_{3}^{2-}$中硫原子的雜化方式為sp³雜化
②在CuSO₄溶液中加氨水生成藍(lán)色沉淀．再加氨水沉淀溶解，得到深藍(lán)色透明溶液，
最后向該溶液中加人一定量乙醇，析出Cu（NH₃）₄SO₄•H₂O晶體．請解釋加入乙醇后析出晶體的原因乙醇分子極性比水的極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，減小溶質(zhì)的溶解度
③寫出向Cu（NH₃）₄SO₄，水溶液中通人SO₂時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-
④NH₄CuSO₃中金屬陽離子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；CuO高溫易轉(zhuǎn)化為Cu₂O，其原因是Cu⁺離子的核外電子為全滿穩(wěn)定狀態(tài)
⑤含有元素銅的化合物焰色反應(yīng)為綠色，許多金屬鹽都可以發(fā)生焰色反應(yīng)．其原因是電子由較高能級躍遷到較低能級時，以光的形式釋放能量
（2）M原子的外圍電子排布式3s²3p⁵與銅形成化合物的晶胞如圖2所示（黑點代表銅原子）．
①該晶體的化學(xué)式為CuCl
②已知銅和M的電負(fù)性分別為1.9和3.0．則銅與M形成的化合物屬于共價（填“離子”、“共價”）化合物．
③已知該晶體的密度為dg•cm^-3阿伏伽德羅常數(shù)N_A，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm（只寫計算式）

Answer 1

分析 （1）①a．Cu（NH₃）₄SO₄中銅離子與氨氣分子之間形成配位鍵，硫酸根與配離子之間形成離子鍵，氨氣分子中N原子與H原子之間、硫酸根中S原子與O氧原子之間形成極性鍵；
b．NH₃分子為三角錐形，H₂O分子為V形，水分子中O原子有2對孤對電子，氨氣分子中N原子有1對孤對電子，孤對電子之間排斥大于孤對電子與成鍵電子對之間的排斥；
c．一般非金屬性越強(qiáng)第一電離能越大，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于氧元素的；
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界離子為SO₄^2-，計算S原子孤對電子、價層電子對數(shù)確定空間構(gòu)型；
e．SO₃^2-中硫原子價層電子對數(shù)=3+$\frac{6+2-2×3}{2}$=4，雜化軌道數(shù)目為4；
②乙醇分子極性比水的極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，減小溶質(zhì)的溶解度；
③由流程圖可知，向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂時生成NH₄CuSO₃沉淀，Cu元素發(fā)生還原反應(yīng)，則SO₂發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸，氫離子與氨氣分子結(jié)合為銨根離子；
④NH₄CuSO₃中金屬陽離子為Cu⁺，Cu原子失去4s能級1個電子形成Cu⁺；Cu⁺離子的核外電子為全滿穩(wěn)定狀態(tài)
⑤電子由較高能級躍遷到較低能級時，以光的形式釋放能量；
（2）M原子的外圍電子排布式3s²3p⁵，則M為Cl．
①根據(jù)均攤法計算晶胞中Cu、Cl原子數(shù)目，進(jìn)而確定晶體的化學(xué)式；
②電負(fù)性之差大于1.7形成離子鍵，小于1.7形成共價鍵；
③Cu原子與周圍的4個Cu原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，正四面體中Cu與Cl原子距離最近，Cu原子晶胞頂點原子連線處于晶胞體對角線上，且距離為體對角線長度的$\frac{1}{4}$，而晶胞體對角線長度為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，結(jié)合原子數(shù)目計算晶胞質(zhì)量，再結(jié)合密度計算晶胞體積，可得晶胞棱長．

解答 解：（1）①a．Cu（NH₃）₄SO₄中銅離子與氨氣分子之間形成配位鍵，硫酸根與配離子之間形成離子鍵，氨氣分子中N原子與H原子之間、硫酸根中S原子與O氧原子之間形成極性鍵，故a正確；
b．NH₃分子為三角錐形，H₂O分子為V形，水分子中O原子有2對孤對電子，氨氣分子中N原子有1對孤對電子，孤對電子之間排斥大于孤對電子與成鍵電子對之間的排斥，則氨氣分子的鍵角大于水分子的鍵角，故b錯誤；
c．一般非金屬性越強(qiáng)第一電離能越大，N元素原子2p能級為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于氧元素的，故第一電離能N＞O＞S＞H＞Cu，故c錯誤；
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界離子為SO₄^2-，S原子孤對電子為$\frac{6+2-2×4}{2}$=0、價層電子對數(shù)為4+9=4，故空間構(gòu)型為正四面體，故d正確；
e．SO₃^2-中硫原子價層電子對數(shù)=3+$\frac{6+2-2×3}{2}$=4，雜化軌道數(shù)目為4，S原子采取sp³雜化，故e正確，
故選：ade；
②乙醇分子極性比水的極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，減小溶質(zhì)的溶解度，析出Cu（NH₃）₄SO₄•H₂O晶體，
故答案為：乙醇分子極性比水的極性弱，加入乙醇降低溶劑的極性，減小溶質(zhì)的溶解度；
③由流程圖可知，向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂時生成NH₄CuSO₃沉淀，Cu元素發(fā)生還原反應(yīng)，則SO₂發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸，氫離子與氨氣分子結(jié)合為銨根離子，反應(yīng)離子方程式為：2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-，
故答案為：2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-；
④NH₄CuSO₃中金屬陽離子為Cu⁺，Cu原子失去4s能級1個電子形成Cu⁺，Cu⁺核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，Cu⁺離子的核外電子為全滿穩(wěn)定狀態(tài)，Cu₂O較穩(wěn)定，CuO高溫易轉(zhuǎn)化為Cu₂O，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；Cu⁺離子的核外電子為全滿穩(wěn)定狀態(tài)；
⑤電子由較高能級躍遷到較低能級時，以光的形式釋放能量，
故答案為：電子由較高能級躍遷到較低能級時，以光的形式釋放能量；
（2）M原子的外圍電子排布式3s²3p⁵，則M為Cl．
①晶胞中Cu原子處于晶胞內(nèi)部，共有4個，Cl原子處于頂點與面心，Cl原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化學(xué)式為CuCl，故答案為：CuCl；
②電負(fù)性之差大于1.7形成離子鍵，小于1.7形成共價鍵，銅和M的電負(fù)性之差俄日3.0-1.9=1.1＜1.7，則銅與M形成的化合物屬于共價化合物，故答案為：共價；
③Cu原子與周圍的4個Cu原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，正四面體中Cu與Cl原子距離最近，Cu原子晶胞頂點原子連線處于晶胞體對角線上，且距離為體對角線長度的$\frac{1}{4}$，而晶胞體對角線長度為晶胞棱長的$\sqrt{3}$倍，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{64+35.5}{{N}_{A}}$g，則晶胞棱長=$\root{3}{\frac{4×\frac{64+35.5}{{N}_{A}}g}{dg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，故該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及配合物、化學(xué)鍵、核外電子排布、電離能、雜化方式與空間構(gòu)型、晶胞計算等，（2）中距離計算為易錯點、難點，需要學(xué)生具備一定的空間想象與數(shù)學(xué)計算能力．