Question

3．由CO与H₂催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一．
（1）上述反应的催化剂常用第四周期两种金属元素的化合物，其中一种元素的原子L层电子数与最外层电子数之比为4：1，d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，它的元素符号为Zn，其+2价离子的核外电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或【Ar】3d¹⁰．
（2）根据等电子原理，写出CO分子的结构式C≡O．
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛．
甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是甲醇分子间形成氢键；
（4）上述反应的催化剂另一种是铜元素的化合物．已知铜的重要化合物胆矾CuSO₄•5H₂O可写成[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，其结构示意图如下：

下列说法正确的是B，D（填字母）．
A．在上述结构示意图中，所有氧原子都采用sp³杂化
B．在上述结构示意图中，存在配位键．共价键和离子键
C．胆矾是分子晶体，分子间存在氢键
D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去
（5）比较元素As的氢化物与同族第二、三周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由沸点 NH₃＞AsH₃＞PH₃ 理由：NH₃分子间形成氢键，AsH₃相对分子质量大．稳定性 NH₃＞PH₃＞AsH₃理由：N，P，As 从上到下非金属性依次减弱，气态氢化物的稳定性依次减弱．

Answer 1

分析 （1）L层电子数与最外层电子数之比为4：1，d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，该元素位于第四周期可知该元素为Zn，根据锌的原子序数和构造原理来书写基态Zn原子的核外电子排布式；
（2）根据等电子原理来书写CO的结构式；
（3）利用氢键来解释物质的沸点；
（4）根据结构示意图中氧原子是否都是饱和氧原子，存在O→Cu配位键，H-O、S-O共价键和Cu、O离子键，胆矾属于离子晶体以及胆矾晶体中水两类，一类是形成配体的水分子，一类是形成氢键的水分子等角度分析；
（5）同主族从上到下原子半径依次增大，氢化物的稳定性同主族从上到下非金属性减弱，氢化物稳定性减弱，NH₃含有氢键，沸点最高，PH₃、AsH₃都不含氢键，相对分子质量越大，沸点越高．

解答 解：（1）L层电子数与最外层电子数之比为4：1，L层不是最外层电子数为8，那么最外层电子数为2．d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，说明d轨道中的电子数为10．该元素位于第四周期可知该元素为Zn，
故答案为：Zn；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰；
（2）依据等电子原理，可知CO与N₂为等电子体，N₂分子的结构式为N≡N，互为等电子体分子的结构相似，则CO的结构式为C≡O，
故答案为：C≡O；
（3）①甲醇分子之间形成了分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有形成氢键，故甲醇的沸点高；
故答案为：甲醇分子之间形成氢键；     
（4）A．氧原子并不都是sp3杂化，该结构中的氧原子部分饱和，部分不饱和，杂化方式不同．从现代物质结构理论出发，硫酸根离子中S和非羟基O之间除了形成1个σ键之外，还形成了反馈π键．形成π键的电子不能处于杂化轨道上，O必须保留未经杂化的p轨道，就不可能是sp3杂化，故A错误；
B．在上述结构示意图中，存在O→Cu配位键，H-O、S-O共价键和Cu、O离子键，故B正确；
C．胆矾是五水硫酸铜，胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的，属于离子晶体，故C错误；
D．由于胆矾晶体中水两类，一类是形成配体的水分子，一类是形成氢键的水分子，结合上有着不同，因此受热时也会因温度不同而得到不同的产物，故D正确；
故答案为：B，D；
（5）N，P，As 属于第ⅤA族，同主族从上到下原子半径依次增大，氢化物的稳定性同主族从上到下非金属性减弱，氢化物稳定性减弱，所以稳定性 NH₃＞PH₃＞AsH₃，
NH₃含有氢键，沸点最高，PH₃、AsH₃都不含氢键，相对分子质量越大，沸点越高，故熔沸点：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案为：沸点  NH₃＞AsH₃＞PH₃，理由：NH₃分子间形成氢键，AsH₃相对分子质量大．稳定性  NH₃＞PH₃＞AsH₃，理由：N，P，As 从上到下非金属性依次减弱，气态氢化物的稳定性依次减弱．

点评 本题主要考查核外电子排布式、等电子体原理、分子间作用力、杂化轨道、共价键类型、氢化物稳定性、溶沸点的比较等知识，注重了对物质结构中常考考点的综合，易错点在电子排布中3d与4s的书写上及杂化类型的判断上、NH₃分子间形成氢键，题目难度中等．