Question

15．铜族元素包括Cu、Ag、Au，其单质均为面心立方晶体．
（1）基态Au原子有1个未成对电子，Cu²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁹ ，向Cu²⁺溶液中加入足量的氨水后，再加入无水乙醇，可析出一种配合物，其中N原子的杂化轨道类型为sp³杂化，该配合物的颜色为深蓝色．
（2）Cu₂O是一种共价型化合物，其立方晶胞内：氧原子分别位于立方体的顶点和体心，则该晶胞中有4个铜原子，其中氧原子的配位数为4．
（3）钇钡铜氧超导体的理想晶胞如图所示，其化学式为：YBa₂Cu₃O₇，该晶体中Y为+3，Ba为+2，铜为+2、+3，则铜元素中+2价铜的百分含量为$\frac{2}{3}$；Y的价电子排布式为4d¹5s²，则Y在周期表的位置：第5周期第ⅢB族，
（4）已知Ag的晶胞参数a=0.408nm，列式表示Ag单质的密度$\frac{4×108}{{N}_{A}×（0.408×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3（不必计算出结果）．

Answer 1

分析 （1）Au是第IB族元素，与Cu是同族，Cu有1个未成对电子；Cu原子的外围电子排布是3d¹⁰4s¹，4s、3d能级各失去1个电子形成Cu²⁺；向Cu²⁺溶液中加入足量的氨水后，再加入无水乙醇，可析出一种配合物，该配合离子是[Cu（NH₃）₄]²⁺，为深蓝色离子，其中N原子与3个H原子形成3个共价键，与铜离子形成配位键，N原子杂化轨道数目为4；
（2）根据均摊法计算晶胞中O原子数目为2，结合化学式可知Cu原子数目为4；Cu原子与位于体心的O原子与顶点的O原子之间，形成共价键，所以每个O原子与4个Cu原子形成共价键；
（3）根据均摊法计算晶胞中Y、Ba、Cu、O原子数目，进而确定化学式；根据化合价代数和计算+2价的Cu、+3价的Cu原子数目；Y的价电子排布式为4d¹5s²，有5个电子层，价电子数目为3，在元素周期表中第5周期第ⅢB族元素；
（4）Ag是面心立方晶胞，体积均摊法可知晶胞内有4个Ag原子，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶胞密度．

解答 解：（1）Au是第IB族元素，与Cu是同族，Cu有1个未成对电子，则Au也有1个未成对电子；Cu原子的外围电子排布是3d¹⁰4s¹，4s、3d能级各失去1个电子形成Cu²⁺形成Cu²⁺，则Cu²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁹，向Cu²⁺溶液中加入足量的氨水后，再加入无水乙醇，可析出一种配合物，该配合离子是[Cu（NH₃）₄]²⁺，为深蓝色离子，其中N原子与3个H原子形成3个共价键，与铜离子形成配位键，所以N原子的杂化方式是sp³杂化，
故答案为：1；[Ar]3d⁹ ；sp³杂化；深蓝色；
（2）根据O原子的位置，可知晶胞中O原子的数目是8×$\frac{1}{8}$+1=2，在Cu₂O中，Cu原子是O原子的数目的2倍，所以晶胞中Cu原子的数目是4；Cu原子与位于体心的O原子与顶点的O原子之间，形成共价键，所以每个O原子与4个Cu原子形成共价键，则O原子的配位数是4，
故答案为：4；4；
（3）Y原子位于体心，所以晶胞内Y原子的个数是1；Ba位于体内，则Ba原子的个数是2，Cu原子位于顶点和棱，则Cu原子的个数是8×$\frac{1}{4}$+8×$\frac{1}{8}$=3；O原子位于棱和面上，所以O原子的个数是12×$\frac{1}{4}$+8×$\frac{1}{2}$=7，则该晶胞的化学式是YBa₂Cu₃O₇；该晶体中Y为+3，Ba为+2，铜为+2、+3，O为-2价，根据元素的正负化合价代数和为0的原则，则Cu元素的整体化合价为+7价，+2价的Cu有2个，+3价的Cu有1个，铜元素中+2价铜的百分含量为$\frac{2}{3}$；Y的价电子排布式为4d¹5s²，有5个电子层，价电子数目为3，Y是元素周期表中第5周期第ⅢB族元素，
故答案为：YBa₂Cu₃O₇；$\frac{2}{3}$；第5周期第ⅢB族；
（4）Ag是面心立方晶胞，晶胞内Ag原子数目为6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，1nm=10^-7cm，所以该晶胞的密度为$\frac{4×108}{{N}_{A}}$g÷（0.408×10^-7cm）³=$\frac{4×108}{{N}_{A}×（0.408×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：$\frac{4×108}{{N}_{A}×（0.408×1{0}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题考查晶胞计算、核外电子排布、杂化方式判断等，注意掌握利用均摊法进行晶胞有关计算，难度中等．