Question

3．Cu及其化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途．请回答以下问题：
（1）向CuSO₄溶液中滴加氨水至深蓝色透明溶液时，发生的离子反应方程式2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．
（2）硫酸铜溶液中滴入氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）即可得到配合物A．其结构如图：
①SO₄^2-中S原子的轨道杂化类型是sp3；
②A中碳原子的轨道杂化类型为sp²sp³．
③1mol氨基乙酸钠含有σ键的数目为8N_A．
（3）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族．一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层（填“密置层”、“非密置层”）；该晶体中，原子之间的作用力是金属键；
（4）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中．若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构相似，该晶体储氢后的化学式应为H₈AuCu₃．若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则该晶体储氢后的密度为$\frac{397}{{N}_{A}（{\sqrt{2}a）}^{3}}$g/cm³．（含a的表达式）

Answer 1

分析 （1）加热条件下，Cu和稀硫酸、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜和水，根据反应物、生成物和反应条件书写方程式；
（2）①硫酸根离子中S原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论确定S原子杂化方式；
②根据A的结构简式可知，A中酯基中的碳周围有一个碳双键和两个单键，另一个碳周围有四个单键，据此判断碳原子的杂化方式；
③1个氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）中含有两个H-N键，两个C-H键，一个碳碳单键，一个碳氮单键，一个碳氧单键和一个碳氧双键，据此确定σ键的数目；
（3）一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层，该晶体是由金属晶体，原子之间存在金属键；
（4）该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构结构相似，则在金属晶胞内部有8个H原子，该晶胞中含有1个Au原子、3个Cu原子，据此判断其化学式；若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则晶胞棱长=$\sqrt{2}$acm，晶胞体积=（ $\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{N{\;}_{A}}}{V}$．

解答 解：（1）加热条件下，Cu和稀硫酸、氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜和水，根据反应物、生成物和反应条件书写方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀）  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄（稀）  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（2）①硫酸根离子中S原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，S原子杂化方式为sp3，
故答案为：sp3；
②根据A的结构简式可知，A中酯基中的碳周围有一个碳双键和两个单键，另一个碳周围有四个单键，所以碳原子的杂化方式为sp² sp³，
故答案为：sp² sp³；
③1个氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）中含有两个H-N键，两个C-H键，一个碳碳单键，一个碳氮单键，一个碳氧单键和一个碳氧双键，所以1mol氨基乙酸钠中含有的σ键的数目为8N_A，
故答案为：8N_A；
（3）一种铜合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该合金中每一层均为密置层，该晶体是由金属晶体，原子之间存在金属键；
故答案为：密置层；金属键；
（4）该晶体储氢后的晶胞结构与CaF₂的晶胞结构结构相似，则在金属晶胞内部有8个H原子，该晶胞中含有Au原子个数=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子个数=6×$\frac{1}{2}$=3，据此判断其化学式为H₈AuCu₃；
若Cu原子与Au原子的距离为a cm，则晶胞棱长=$\sqrt{2}$acm，晶胞体积=（ $\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{N{\;}_{A}}}{V}$=$\frac{\frac{397}{{N}_{A}}}{（\sqrt{2}{a）}^{3}}$g/cm³=$\frac{397}{{N}_{A}（{\sqrt{2}a）}^{3}}$g/cm³，
故答案为：H₈AuCu₃； $\frac{397}{{N}_{A}（{\sqrt{2}a）}^{3}}$g/cm³．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、原子核外电子排布、原子杂化、空间构型判断、氧化还原反应等知识点，侧重考查学生分析计算能力，难点是晶胞计算，注意密度公式中各个字母含义，题目难度中等