Question

8．锂-磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu₄O（PO₄）₂，可通过下列反应制备：2Na₃PO₄+4CuSO₄+2NH₃•H₂O=Cu₄O（PO₄）₂↓+3Na₂SO₄+（NH₄）₂SO₄+H₂O

（1）写出基态Cu价电子的轨道表示式，与Cu同周期的元素中，与铜原子最外层电子数相等的元素还有K Cr（填元素符号），上述方程式中涉及到的N、O元素第一电离能由小到大的顺序为O＜N．
（2）PO₄^3-的空间构型是正四面体，其等电子体有SO₄^2- ClO₄^-（填两个）．
（3）氨基乙酸铜的分子结构如图1，氮原子的杂化方式为sp³．
（4）在硫酸铜溶液中加入过量KCN，生成配合物[Cu（CN）₄]^2-，则CN^--中含有的σ键与π键的数目之比为1：2．
（5）Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图2所示．则该化合物的化学式为CuH．
（6）铜晶体为面心立方最密堆积，铜的原子半径为r pm，则晶体铜密度的计算式为$\frac{256}{（2\sqrt{2}×r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³．

Answer 1

分析 （1）Cu为29号元素，价电子排布为3d¹⁰4s¹；Cu原子最外层含有一个电子；同周期从左到右第一电离能增大，但是第VA和VIA族反常；
（2）根据价层电子对数=成键电子对数+孤电子对数判断；原子数相同、价电子数相同的微粒互为等电子体；
（3）-NH₂中N原子的价层电子对数为4；
（4）CN^-的结构式为[C≡N]^-，三键中含有1个σ键与2个π键；
（5）利用均摊法确定其化学式，每个顶点上的原子被6个晶胞占有；
（6）先判断晶胞中所含微粒数，根据公式ρ=$\frac{m}{V}$计算得出．

解答 解：（1）铜是29号元素，价电子排布为3d¹⁰4s¹，则其价电子轨道表示式为：；Cu原子最外层含有一个电子，第四周期中最外层只有1个电子的元素还有K Cr；同一周期中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第VA族元素的第一电离能大于其相邻元素，所以N、O元素第一电离能为O＜N，
故答案为：；K Cr； O＜N；
（2）PO₄^3-中P原子的价层电子对=4+$\frac{1}{2}$（5+3-4×2）=4，且不含孤电子对，所以其空间构型正四面体，根据原子数和价电子数分别相等的两种微粒互为等电子体，则PO₄^3-的等电子体有SO₄^2- ClO₄^-等
故答案为：正四面体；SO₄^2- ClO₄^-；
（3））-NH₂中N原子的价层电子对数成键电子对数+孤电子对数=3+1=4，所以N原子为sp³杂化；
故答案为：sp³；
（4）CN^-的结构式为[C≡N]^-，三键中含有1个σ键与2个π键，则CN^--中含有的σ键与π键的数目之比为1：2，
故答案为：1：2；
（5）该晶胞中，铜原子个数=3+2×$\frac{1}{2}$+12×$\frac{1}{6}$=6，H原子个数=1+3+6×$\frac{1}{3}$=6，所以其化学式为CuH，
故答案为：CuH；
（6）铜晶体为面心立方最密堆积，则每个晶胞中含有铜的原子：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Cu原子半径为rpm=r×10^-10cm，假设晶体铜的密度为ρ，晶胞的边长为d，$\sqrt{2}$d=4r，d=2$\sqrt{2}$r，则晶胞的体积是d³，则ρ•d³=$\frac{4×64}{{N}_{A}}$，所以ρ=$\frac{256}{（2\sqrt{2}×r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：$\frac{256}{（2\sqrt{2}×r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查了物质结构及性质，涉及电子排布、第一电离能、微粒空间构型的判断、等电子体、杂化理论的应用、晶胞的计算等，题目难度中等，这些知识点都是考查热点，难点是化学式的确定，注意该题中每个顶点上的原子被6个晶胞占有而不是8个晶胞占有，为易错点．