Question

3．铜单质及其化合物在很多領域中都有重要的用途．

（1）超细镉粉可用作导电材料、催化剂等，其制备方法如图1：
①下列说法正确的是ade
a．Cu（NH₃）₄SO₄中所含的化学键有离子键、极性键和配位键
b．NH₃分子和H₂O分子，分子空间构型不同，氨气分子的键角小于水分子的键角
c．Cu（NH₃）₄SO₄的组成元素中第-电离能最大的是氧元素
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界离子的空间构型为正四面体
e．SO${\;}_{3}^{2-}$中硫原子的杂化方式为sp³杂化
②在CuSO₄溶液中加氨水生成蓝色沉淀．再加氨水沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液，
最后向该溶液中加人一定量乙醇，析出Cu（NH₃）₄SO₄•H₂O晶体．请解释加入乙醇后析出晶体的原因乙醇分子极性比水的极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，减小溶质的溶解度
③写出向Cu（NH₃）₄SO₄，水溶液中通人SO₂时发生反应的离子方程式2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-
④NH₄CuSO₃中金属阳离子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；CuO高温易转化为Cu₂O，其原因是Cu⁺离子的核外电子为全满稳定状态
⑤含有元素铜的化合物焰色反应为绿色，许多金属盐都可以发生焰色反应．其原因是电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量
（2）M原子的外围电子排布式3s²3p⁵与铜形成化合物的晶胞如图2所示（黑点代表铜原子）．
①该晶体的化学式为CuCl
②已知铜和M的电负性分别为1.9和3.0．则铜与M形成的化合物属于共价（填“离子”、“共价”）化合物．
③已知该晶体的密度为dg•cm^-3阿伏伽德罗常数N_A，则该晶体中铜原子和M原子之间的最短距离为$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm（只写计算式）

Answer 1

分析 （1）①a．Cu（NH₃）₄SO₄中铜离子与氨气分子之间形成配位键，硫酸根与配离子之间形成离子键，氨气分子中N原子与H原子之间、硫酸根中S原子与O氧原子之间形成极性键；
b．NH₃分子为三角锥形，H₂O分子为V形，水分子中O原子有2对孤对电子，氨气分子中N原子有1对孤对电子，孤对电子之间排斥大于孤对电子与成键电子对之间的排斥；
c．一般非金属性越强第一电离能越大，N元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于氧元素的；
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界离子为SO₄^2-，计算S原子孤对电子、价层电子对数确定空间构型；
e．SO₃^2-中硫原子价层电子对数=3+$\frac{6+2-2×3}{2}$=4，杂化轨道数目为4；
②乙醇分子极性比水的极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，减小溶质的溶解度；
③由流程图可知，向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂时生成NH₄CuSO₃沉淀，Cu元素发生还原反应，则SO₂发生氧化反应生成硫酸，氢离子与氨气分子结合为铵根离子；
④NH₄CuSO₃中金属阳离子为Cu⁺，Cu原子失去4s能级1个电子形成Cu⁺；Cu⁺离子的核外电子为全满稳定状态
⑤电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量；
（2）M原子的外围电子排布式3s²3p⁵，则M为Cl．
①根据均摊法计算晶胞中Cu、Cl原子数目，进而确定晶体的化学式；
②电负性之差大于1.7形成离子键，小于1.7形成共价键；
③Cu原子与周围的4个Cu原子形成正四面体结构，正四面体中Cu与Cl原子距离最近，Cu原子晶胞顶点原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，而晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，结合原子数目计算晶胞质量，再结合密度计算晶胞体积，可得晶胞棱长．

解答 解：（1）①a．Cu（NH₃）₄SO₄中铜离子与氨气分子之间形成配位键，硫酸根与配离子之间形成离子键，氨气分子中N原子与H原子之间、硫酸根中S原子与O氧原子之间形成极性键，故a正确；
b．NH₃分子为三角锥形，H₂O分子为V形，水分子中O原子有2对孤对电子，氨气分子中N原子有1对孤对电子，孤对电子之间排斥大于孤对电子与成键电子对之间的排斥，则氨气分子的键角大于水分子的键角，故b错误；
c．一般非金属性越强第一电离能越大，N元素原子2p能级为半满稳定状态，第一电离能高于氧元素的，故第一电离能N＞O＞S＞H＞Cu，故c错误；
d．Cu（NH₃）₄SO₄中外界离子为SO₄^2-，S原子孤对电子为$\frac{6+2-2×4}{2}$=0、价层电子对数为4+9=4，故空间构型为正四面体，故d正确；
e．SO₃^2-中硫原子价层电子对数=3+$\frac{6+2-2×3}{2}$=4，杂化轨道数目为4，S原子采取sp³杂化，故e正确，
故选：ade；
②乙醇分子极性比水的极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，减小溶质的溶解度，析出Cu（NH₃）₄SO₄•H₂O晶体，
故答案为：乙醇分子极性比水的极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，减小溶质的溶解度；
③由流程图可知，向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂时生成NH₄CuSO₃沉淀，Cu元素发生还原反应，则SO₂发生氧化反应生成硫酸，氢离子与氨气分子结合为铵根离子，反应离子方程式为：2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-，
故答案为：2[Cu（NH₃）₄]²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-；
④NH₄CuSO₃中金属阳离子为Cu⁺，Cu原子失去4s能级1个电子形成Cu⁺，Cu⁺核外电子排布式为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰，Cu⁺离子的核外电子为全满稳定状态，Cu₂O较稳定，CuO高温易转化为Cu₂O，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；Cu⁺离子的核外电子为全满稳定状态；
⑤电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量，
故答案为：电子由较高能级跃迁到较低能级时，以光的形式释放能量；
（2）M原子的外围电子排布式3s²3p⁵，则M为Cl．
①晶胞中Cu原子处于晶胞内部，共有4个，Cl原子处于顶点与面心，Cl原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故化学式为CuCl，故答案为：CuCl；
②电负性之差大于1.7形成离子键，小于1.7形成共价键，铜和M的电负性之差俄日3.0-1.9=1.1＜1.7，则铜与M形成的化合物属于共价化合物，故答案为：共价；
③Cu原子与周围的4个Cu原子形成正四面体结构，正四面体中Cu与Cl原子距离最近，Cu原子晶胞顶点原子连线处于晶胞体对角线上，且距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，而晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，晶胞质量为4×$\frac{64+35.5}{{N}_{A}}$g，则晶胞棱长=$\root{3}{\frac{4×\frac{64+35.5}{{N}_{A}}g}{dg•c{m}^{-3}}}$=$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，故该晶体中铜原子和M原子之间的最短距离为$\frac{1}{4}$×$\sqrt{3}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm=$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：$\frac{\sqrt{3}}{4}$×$\root{3}{\frac{4×99.5}{ρ{N}_{A}}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及配合物、化学键、核外电子排布、电离能、杂化方式与空间构型、晶胞计算等，（2）中距离计算为易错点、难点，需要学生具备一定的空间想象与数学计算能力．