Question

1．某同学所做的有关铜元素的实验流程如图1：

（1）写出基态铜原子的价电子排布式3d¹⁰4s¹，向深蓝色溶液中加入适量乙醇，会析出深蓝色晶体，该晶体中存在的化学键类型有共价键、离子键、配位键．
（2）写出反应④的离子方程式Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-．
（3）铜能与类卤素（SCN）₂反应生成Cu（SCN）₂，1mol（SCN）₂分子中含有σ键的数目为5N_A；类卤素（SCN）₂对应的酸有两种，理论上硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸（H-N=C=S）的沸点，其原因是异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键；写出一种与SCN^-互为等电子体的分子CO₂（用化学式表示）．
（4）氨基乙酸铜的分子结构如图2，碳原子的杂化方式为sp³、sp²．
（5）铜晶胞中，其晶体的堆积方式为面心立方最密堆积，一个晶胞中铜原子的数目为12，空间利用率为74%（写出计算过程）

Answer 1

分析 （1）Cu是29号元素，原子核外电子数为29，根据核外电子排布规律书写铜的基态原子价电子电子排布式；阴阳离子存在离子键，非金属元素间易形成共价键，配合物中存在配位键；
（2）氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合离子和氢氧根离子；
（3）（SCN）₂的结构式为N≡C-S-S-C≡N，根据[（SCN）₂]的结构可知分子中有3个单键和2个碳氮三键，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键；异硫氰酸分子间可形成氢键，沸点较高；原子总数相同、价电子总数相同的微粒互为等电子体；
（4）根据碳原子的成键情况要以判断碳原子的杂化方式；
（5）晶胞中Cu原子位于面心、顶点上，属于面心立方最密堆积；以顶点Cu原子研究，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8故晶胞共用，每个面心为2个晶胞共有，利用均摊法计算Cu原子配位数；设Cu原子半径为d，利用均摊法计算晶胞中Cu原子数目，再计算晶胞中Cu原子总体积，晶胞棱长=4d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2d}$d，可以计算晶胞体积，晶胞空间利用率=$\frac{原子总体积}{晶胞体积}$×100%．

解答 解：（1）Cu是29号元素，原子核外电子数为29，铜的基态原子价电子电子排布式3d¹⁰4s¹，；[Cu（NH₃）₄]SO₄中硫酸根离子和[Cu（NH₃）₄]²⁺存在离子键，N原子和铜原子之间存在配位键，NH₃中H和N之间存在共价键，所以[Cu（NH₃）₄]SO₄中所含的化学键有共价键、离子键、配位键；
故答案为：3d¹⁰4s¹；共价键、离子键、配位键；
（2）反应④是氢氧化铜和氨水反应生成铜氨络合离子和氢氧根离子，离子反应方程式为：Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-，
故答案为：Cu（OH）₂+4NH₃=[Cu（NH₃）₄]²⁺+2OH^-；
（3）（SCN）₂的结构式为N≡C-S-S-C≡N，根据[（SCN）₂]的结构可知分子中有3个单键和2个碳氮三键，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键，（SCN）₂分子含有5个σ键，故1mol（SCN）₂分子中含有σ键的数目为 5N_A，
由于异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键，所以硫氰酸（H-S-C≡N）的沸点低于异硫氰酸，一种与SCN^-互为等电子体的分子有CO₂等，原子数相同，价电子数均为16，
故答案为：5N_A；异硫氰酸分子间可形成氢键，而硫氰酸分子间不能形成氢键；CO₂；
（4）氨基乙酸铜的分子中一种碳有碳氧双键，碳的杂化方式为sp2杂化，另一种碳周围都是单键，碳的杂化方式为sp3杂化，
故答案为：sp³、sp²；
（5）晶胞中Cu原子位于面心、顶点上，属于面心立方最密堆积；
以顶点Cu原子研究，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8故晶胞共用，每个面心为2个晶胞共有，故Cu原子配位数为$\frac{3×8}{2}$=12；
晶胞中Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，设Cu原子半径为d，则Cu原子总体积为4×$\frac{4}{3}$πd³，晶胞棱长=4d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2d}$d，晶胞体积为（2$\sqrt{2d}$）³，晶胞空间利用率=$\frac{4×\frac{4}{3}π{d}^{3}}{（2\sqrt{2d}）^{3}}$×100%=74%，
故答案为：面心立方最密堆积；12；74%．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及晶体结构与性质、核外电子排布、化学键、杂化轨道、晶胞计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．