Question

9．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程等领域中，发挥着广泛的、不可替代的巨大作用．
（l） C、N、O三种元素的第一电离能有大到小的顺序为N＞O＞C．
（2）与N3-含有相同电子数的三原子分子的空间构型是V形．
（3）Cu⁺的电子排布式为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为何会生成 Cu₂OCu⁺的3d轨道上电子全满其结构稳定．
（4）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sp³、sp²乙醛分子中H-C一O的键角大于 （填“大于”“等于”或“小于”）乙醛分子中的H-C-O的键角．
（5）[cu（H₂O）]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，试画出[Cu（H₂O）₂（Cl）₂]具有极性的分子的结构式．
（6）Cu₃N的晶胞结构如图所示，N^3-的配位数为6Cu⁺的半径为a pm，N^3-的半径为b pm，Cu₃N的密度为$\frac{103×1{0}^{30}}{4（a+b）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$g•cm ^-3（阿伏加德罗常数用N_A表示）．

Answer 1

分析 （1）同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势，但N元素原子的2p能级含有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，失去第1个电子需要的能量较大；
（2）与N^3-含有相同电子数的微粒为等电子体，如NO₂^-，等电子体结构相似，根据价层电子对互斥理论确定其空间构型；
（3）Cu⁺的核外有28个电子，根据构造原理书写其基态离子核外电子排布式，原子轨道处于全空、半满或全满时最稳定；
（4）乙醛分子中甲基上碳原子含有4个σ键，醛基上的碳原子含有3个σ键，据此判断碳原子的杂化方式，碳原子杂化方式不同导致其键角不同；
（5）[Cu（H₂O）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂O）₂（Cl）₂]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称；
（6）Cu₃N的晶胞结构如图，大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=$\frac{1}{8}×8$=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N^3-的配位数=3×2=6，Cu₃N的密度=$\frac{m}{V}$．

解答 解：（1）同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量降低，失去第一个电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：N＞O＞C；
（2）与N^3-含有相同电子数的微粒为等电子体，如NO₂^-，得电子体结构相似，亚硝酸根离子中N原子价层电子对个数=2+$\frac{1}{2}$×（5+1-2×2）=3且含有一个孤电子对，所以为V形结构，
故答案为：V形；
（3）Cu⁺的核外有28个电子，根据构造原理知其基态离子核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，原子轨道处于全空、半满或全满时最稳定，Cu⁺的3d轨道上全满，稳定，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；Cu⁺的3d轨道上电子全满其结构稳定；
（4）乙醛分子中甲基上碳原子含有4个σ键，醛基上的碳原子含有3个σ键，所以甲基中的碳原子采用sp³杂化，醛基中的碳原子采用sp²杂化，醛基中碳原子采用sp²杂化、乙醇中含有醇羟基的碳原子采用sp³杂化，导致乙醛分子中H-C-O的键角大于乙醇分子中的H-C-O的键角，
故答案为：sp³、sp²；大于；
（5）[Cu（H₂O）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂O）₂（Cl）₂]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称，则其结构式为，
故答案为：；

（6）Cu₃N的晶胞结构如图，大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=$\frac{1}{8}×8$=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N^3-的配位数=3×2=6，晶胞的体积=[（2a+2b）×10^-10cm]³，Cu₃N的密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{64×3+14}{{N}_{A}}}{[（2a+2b）×10{\;}^{-10}]{\;}^{3}}$g/cm³=$\frac{103×1{0}^{30}}{4（a+b）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$g/cm³，
故答案为：6；$\frac{103×1{0}^{30}}{4（a+b）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$．

点评 本题考查了物质结构和性质，涉及晶胞的计算、原子杂化、核外电子排布等知识点，根据密度公式、价层电子对互斥理论、构造原理等知识点来分析解答，这些知识点都是考试热点，难点是晶胞的计算，明确各个字母的含义，注意（1）中采用知识迁移的方法进行解答，题目难度中等．