Question

3．铜、铁都是日常生活中常见的金属，它们的单质及其化合物在科学研究和工农业生产中具有广泛用途．
请回答以下问题：
（1）超细铜粉可用作导电材料、催化剂等，其制备方法如图1：

①Cu²⁺的价电子排布图； NH₄CuSO₃中N、O、S三种元素的第一电离能由大到小顺序为N＞O＞S（填元素符号）．
②SO₄^2-的空间构型为正四面体形，SO₃^2-离子中心原子的杂化方式为sp³杂化．
（2）请写出向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂时发生反应的离子方程式．2Cu（NH₃）₄²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-
（3）某学生向CuSO₄溶液中加入少量氨水生成蓝色沉淀，继续加入过量氨水沉淀溶解，得到深蓝色透明溶液，最后向该溶液中加入一定量乙醇，析出SO₄•H₂O晶体．
①下列说法正确的是c
a．氨气极易溶于水，是因为NH₃分子和H₂O分子之间形成3种不同的氢键
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所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键
d．Cu（NH₃）₄SO₄组成元素中电负性最大的是氮元素
②请解释加入乙醇后析出晶体的原因．乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度
（4）Cu晶体的堆积方式如图2所示，设Cu原子半径为r，晶体中Cu原子的配位数为，晶体的空间利用率为$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{a}^{3}}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%=74.76%（列式）．

Answer 1

分析 （1）①Cu²⁺的价层电子数是9个，所以Cu²⁺的价电子排布图为；N、O、S三种元素中由于N原子的2p轨道是半充满状态，所以第一电离能最大；同主族元素，随电子层数的增多，第一电离能逐渐减小；
②SO₄^2-的价层电子对数=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，所以空间构型为正四面体型；SO₃^2-离子的价层电子对数=3+$\frac{1}{2}$（6+2-3×2）=4，所以中心原子的杂化方式为sp³杂化；
（2）由流程图可知向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂时生成白色沉淀，根据所给沉淀的化学式书写离子方程式；
（3）①a．氨气极易溶于水，是因为NH₃分子和H₂O分子之间形成2种不同的氢键，N与H，O与H之间；
b．NH₃分子和H₂O分子，分子空间构型不同，氨气是三角锥型，水是角形，氨气分子的键角大于水分子的键角；
c． Cu（NH₃）₄SO₄所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键，硫酸根离子与配离子之间是离子键，N与H之间是共价键，氨气与铜离子之间是配位键；
d． Cu（NH₃）₄SO₄组成元素中电负性最大的是氧元素；
②根据相似相容原理，极性分子易溶于极性溶剂，乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；
（4）Cu晶体的堆积方式是面心立方最密堆积，所以配位数是12；由图可知，立方体的面的对角线长是4r，所以立方体的棱长a=2$\sqrt{2}$r，1个Cu的体积是4/3πr³，晶胞中Cu原子的个数是4个，所以晶体的空间利用率为$\frac{4×\frac{4}{3}×π{r}^{3}}{{a}^{3}}$．

解答 解：（1）①Cu²⁺的价层电子数是9个，所以Cu²⁺的价电子排布图为；N、O、S三种元素中由于N原子的2p轨道是半充满状态，所以第一电离能最大；同主族元素，随电子层数的增多，第一电离能逐渐减小，所以3种元素的第一电离能由大到小顺序为：N＞O＞S；
故答案为：；N＞O＞S；
②SO₄^2-的价层电子对数=4+$\frac{1}{2}$（6+2-4×2）=4，所以空间构型为正四面体型；SO₃^2-离子的价层电子对数=3+$\frac{1}{2}$（6+2-3×2）=4，所以中心原子的杂化方式为sp³杂化；
故答案为：正四面体形；sp³杂化；
（2）由流程图可知向Cu（NH₃）₄SO₄水溶液中通入SO₂时生成白色沉淀，根据所给沉淀的化学式书写离子方程式，所以离子方程式为：2Cu（NH₃）₄²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-；
故答案为：2Cu（NH₃）₄²⁺+3SO₂+4H₂O=2NH₄CuSO₃↓+6NH₄⁺+SO₄^2-；
（3）①a．氨气极易溶于水，是因为NH₃分子和H₂O分子之间形成2种不同的氢键，N与H，O与H之间，故a错误；
b．NH₃分子和H₂O分子，分子空间构型不同，氨气是三角锥型，水是角形，氨气分子的键角大于水分子的键角，故b 错误；
c． Cu（NH₃）₄SO₄所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键，硫酸根离子与配离子之间是离子键，N与H之间是共价键，氨气与铜离子之间是配位键，故c正确；
d． Cu（NH₃）₄SO₄组成元素中电负性最大的是氧元素，故d错误，
故答案为：c；
②根据相似相容原理，极性分子易溶于极性溶剂，乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；
故答案为：乙醇分子极性比水分子极性弱，加入乙醇降低溶剂的极性，从而减小溶质的溶解度；
（4）Cu晶体的堆积方式是面心立方最密堆积，所以配位数是12；由图可知，立方体的面的对角线长是4r，所以立方体的棱长a=2$\sqrt{2}$r，1个Cu的体积是$\frac{4}{3}$πr³，晶胞中Cu原子的个数是4个，所以晶体的空间利用率为$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{a}^{3}}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%=74.76%．
故答案为：12；$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{{a}^{3}}$=$\frac{4×\frac{4}{3}π{r}^{3}}{（2\sqrt{2}r）^{3}}$×100%=74.76%．

点评 本题考查了物质制备实验方案，物质结构的计算分析，浸提结构的堆积方式和利用率的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．