Question

18．铜及其化合物有着重要的用途，回答下列问题：

（1）写出基态Cu的核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu具有良好的导电、导热和延展性，请解释Cu具有导电性的原因Cu为金属晶体，晶体中存在自由移动的电子，通电后定向移动．
（2）CuSO₄溶液中滴入氨基乙酸钠（H₂N-CH₂-COONa）即可得到配合物结构如图1：
①中心原子Cu的杂化形式为sp³，配位数为4；
②元素C、N、O的第一电离能由小到大排列顺序为C＜O＜N；
③此配合物分解后，可得到CO₂，写出二氧化碳的一种等电子体：N₂O．
（3）化合物CuMn₂O₄能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛（HCHO）．
①锰元素在周期表中的位置为第四周期ⅦB族；
②HCHO中含有的σ键和π键数目之比为3：1；
（4）Cu₃N具有良好的电学和光学性能，在工业上有重要用途，其晶体结构如图2所示．与同一个N^3-相连的Cu⁺有6个，Cu⁺的半径为a pm，N^3-的半径为b pm，则Cu₃N的密度为$\frac{103×1{0}^{30}}{4{N}_{A}（a+b）^{3}}$g•cm^-3．（只列式，不用计算出结果）

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外电子数为29，根据能量最低原理书写核外电子排布式；Cu为金属晶体，晶体中存在自由移动的电子；
（2）①中心原子Cu的配位数为4，杂化轨道数目为4；
②同周期随原子序数增大，推断第一电离能呈增大起始，N元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的；
③原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
（3）①Mn为25号元素；
②HCHO的结构式为，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键；
（4）晶胞中大黑色球数目为12×$\frac{1}{4}$=3，小黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$=1，故大黑色球为Cu⁺，小黑色球为N^3-；
Cu⁺的半径为a pm，N^3-的半径为b pm，则晶胞棱长为2（a+b） pm，结合晶胞中含有原子数目，表示出晶胞质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）Cu原子核外电子数为29，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Cu为金属晶体，晶体中存在自由移动的电子，通电后定向移动，Cu具有良好的导电，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；Cu为金属晶体，晶体中存在自由移动的电子，通电后定向移动；
（2）①中心原子Cu与2个N原子、2个O原子之间均形成配位键，的配位数为4，杂化轨道数目为4，采取sp³杂化，
故答案为：sp³；4；
②同周期随原子序数增大，推断第一电离能呈增大起始，N元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能C＜O＜N，
故答案为：C＜O＜N；
③原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，二氧化碳的一种等电子体为：N₂O等，
故答案为：N₂O；
（3）①Mn为25号元素，在周期表中的位置为第四周期ⅦB族，故答案为：第四周期ⅦB族；
②HCHO的结构式为，单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，含有的σ键和π键数目之比为3：1，故答案为：3：1；
（4）晶胞中大黑色球数目为12×$\frac{1}{4}$=3，小黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$=1，故大黑色球为Cu⁺，小黑色球为N^3-，补全晶胞结构可知，每个顶点N^3-周围有6个Cu⁺，
晶胞质量为$\frac{（64×3+14）}{{N}_{A}}$g，Cu⁺的半径为a pm，N^3-的半径为b pm，则晶胞棱长为2（a+b） pm，则晶体密度为$\frac{（64×3+14）}{{N}_{A}}$g÷[2（a+b）×10^-10 cm]³=$\frac{103×1{0}^{30}}{4{N}_{A}（a+b）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：6；$\frac{103×1{0}^{30}}{4{N}_{A}（a+b）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式、配合物、化学键、电离能、晶胞计算等，需要学生具备扎实的基础，注意同周期第一电离能异常情况，掌握均摊法进行晶胞有关计算．