Question

3．铜是重要金属，Cu的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途，如CuSO₄溶液常用作电解液、电镀液等．请回答以下问题：
（1）Cu位于元素周期表ⅠB 族．Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
（2）CuSO₄可由金属铜与浓硫酸反应制备，该反应的化学方程式为Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；CuSO₄粉末常用来检验一些有机物中的微量水分，其原因是白色无水硫酸铜可与水结合生成蓝色的CuSO₄•5H₂O．
（3）SO₄^2-的立体构型是正四面体，其中S原子的杂化轨道类型是sp³．
（4）Cu₂O的熔点比Cu₂S的高（填“高”或“低”），请解释原因半径越小，晶格能越大，物质的熔沸点就越高．
（5）往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成²⁺配离子．已知NF₃与NH₃的空间构型都是三角锥形，但NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，其原因是F的电负性大于N，NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，导致NF₃中N原子核对其孤对电子的吸引能力增强，难以形成配位键．
（6）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为6s¹；一种铜合金晶体具有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，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为3：1；该晶体中，原子之间的作用力是金属键．
（7）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为CaF₂的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为Cu₃AuH₈．

Answer 1

分析 （1）铜是29号元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根据原子核外电子排布规律可写出Cu²⁺的核外电子排布式，据此答题；
（2）加热条件下，铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，无水硫酸铜是白色的，CuSO₄•5H₂O是蓝色的，显示水合铜离子特征蓝色；
（3）根据SO₄^2-中心原子含有的共价键个数与孤电子对个数之和确定其空间构型和杂化方式；
（4）氧离子的半径小于硫离子，根据离子半径对晶格能的影响可知，半径越小，晶格能越大，物质的熔沸点就越高；
（5）N、F、H三种元素的电负性：F＞N＞H，所以NH₃中共用电子对偏向N，而在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子；
（6）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族，则最外层电子数为1，以此判断电子排布式，利用均摊法计算晶胞；
（7）CaF₂的结构如图，利用均摊法计算．

解答 解：（1）铜是29号元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根据原子核外电子排布规律可写出Cu²⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案为：ⅠB；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（2）加热条件下，铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应方程式为：Cu+2 H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，白色无水硫酸铜可与水结合生成蓝色的CuSO₄•5H₂O，显示水合铜离子特征蓝色；
故答案为：Cu+2 H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；白色无水硫酸铜可与水结合生成蓝色的CuSO₄•5H₂O；
（3）SO₄^2-离子中含有4个σ键，没有孤电子对，所以其立体构型是正四面体，硫原子采取sp³杂化；
故答案为：正四面体；sp³；
（4）氧离子的半径小于硫离子，半径越小，晶格能越大，物质的熔沸点就越高，所以Cu₂O的熔点比Cu₂S的高；
故答案为：高；半径越小，晶格能越大，物质的熔沸点就越高；
（5）N、F、H三种元素的电负性：F＞N＞H，所以NH₃中共用电子对偏向N，而在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，导致NF₃中N原子核对其孤对电子的吸引能力增强，难以形成配位键，故NF₃不易与Cu²⁺形成配离子；
故答案为：F的电负性大于N，NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，导致NF₃中N原子核对其孤对电子的吸引能力增强，难以形成配位键；
（6）元素金（Au）处于周期表中的第六周期，与Cu同族，则最外层电子数为1，则最外层电子排布式为6s¹，在晶胞中Cu原子处于面心，N（Cu）=6×$\frac{1}{2}$=3，Au原子处于顶点位置，N（Au）=8×$\frac{1}{8}$=1，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为3：1，为金属晶体，原子间的作用力为金属键；
故答案为：6s¹；3：1；金属键；
（7）CaF₂的结构如图，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中，则H原子应位于晶胞内部，则应含有8个H，则化学式为Cu₃AuH₈；
故答案为：Cu₃AuH₈．

点评 本题考查物质结构和性质，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，解题的难点在第（7）中对常见晶胞要熟记．