Question

12．科学研究表明，铜锰氧化物（CuMn₂O₄）能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛（HCHO）
（1）向一定物质的量浓度的Cu（NO₃）₂和Mn（NO₃）₂溶液中加入Na₂CO₃溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn₂O₄．
①Mn²⁺基态的电子排布式可表示为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵（或[Ar]3d⁵）．
②NO₃^-的空间构型是平面三角形（用文字描述）．
（2）在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO₂，HCHO被氧化为CO₂和H₂O．
①根据等电子体原理，CO分子的结构式为C≡O．
②甲醛在Ni催化作用下加氢可得甲醇（CH₃OH）．甲醇分子内C原子的杂化方式为sp³，甲醇分子内的O-C-H键角小于（填“大于”“等于”或“小于”）甲醛分子内的O-C-H键角．
③1mol 甲醛分子中含有的σ键数目为3×6.02×10²³．
（3）如果我们以一个硅原子为中心，设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d，则与硅原子次近的第二层有12个原子，离中心原子的距离是$\frac{2\sqrt{6}}{3}d$．
（4）向CuSO₄溶液中加入过量NaOH溶液可生成[Cu（OH）₄]^2-．不考虑空间构型，[Cu（OH）₄]^2-的结构可用示意图表示为．
（5）CuH的晶体结构如图所示，若CuH的密度为dg•cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该晶胞的边长为$\root{3}{\frac{260}{dN{\;}_{A}}}$cm（用含d和N_A的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）①Mn的原子序数为25，根据能量最低原理可写出Mn的基态原子的电子排布式，进而可确定Mn²⁺基态的电子排布式；
②利用价层电子对互斥模型判断；
（2）①根据N₂与CO为等电子体，结合等电子体结构相似判断；
②根据价层电子对互斥理论确定中心原子杂化方式，根据空间构型可判断键角的大小；
③HCHO分子中含有2个C-H键、1个C=O双键，分子中含有3个σ键；
（3）②距离中心Si最近的第一层的4个C原子，每一个又连接着另外3个Si原子，这12个Si原子平均分布在一个球面上，根据直角三角形计算正四面体的边长；
（4）[Cu（OH）₄]^2-中与Cu²⁺与4个OH^-形成配位键；
（5）利用均摊法计算该晶胞中含有的铜原子和氢原子个数，再根据质量、密度和体积之间的关系式 $\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）①Mn的原子序数为25，基态原子的电子排布式为，1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，则Mn²⁺基态的电子排布式可表示为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵（或[Ar]3d⁵），故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵（或[Ar]3d⁵）；
②NO₃^-中N原子形成3个δ键，没有孤电子对，则应为平面三角形，故答案为：平面三角形；
（2）①N₂与CO为等电子体，二者结构相似，N₂的结构为N≡N，则CO的结构为C≡O，故答案为：C≡O；
②甲醛中C原子形成3个σ键，没有孤电子对，碳原子的杂化为sp²杂化，是平面三角形结构，键角为120°，甲醇分子内碳原子形成4个σ键，无孤电子对，杂化方式为sp³杂化，是四面体结构，O-C-H键角约为109°28′，键角小于120°，所以甲醇分子内O-C-H键角比甲醛分子内O-C-H键角小，
故答案为：sp³；小于；
③HCHO分子中含有2个C-H键、1个C=O双键，分子中含有3个σ键，1mol甲醛（HCHO）分子中含有的σ键数目为3×6.02×10²³，
故答案为：3×6.02×10²³；
（3）距离中心Si最近的第一层的4个C原子，每一个又连接着另外3个Si原子，这12个Si原子平均分布在一个球面上，F是C原子，A、B、C、D分别代表一个Si原子，AB、AC、AD、BC、BD、CD的边长相等，AF、BF的长相等为d，F位于体心上，O位于正三角形BCD的重心上，在正三角形BCD中，BE为三角形BCD的高，则CE为BC的一半，如图，设正四面体的边长为x，CE的长为0.5x，BE=$\sqrt{x{\;}^{2}-（0.5x）{\;}^{2}}$=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，BO与OE的长之比为2：1，则BO的长为$\frac{\sqrt{3}}{2}$x×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$x，在三角形ABO中，AO的长=$\sqrt{{x}^{2}-（{\frac{\sqrt{3}}{3}x）}^{2}}$=$\frac{\sqrt{6}}{3}$x，在三角形BFO中，OF的长=$\frac{\sqrt{6}}{3}$x-d=$\sqrt{d{\;}^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{3}x）^{2}}$，x=$\frac{2\sqrt{6}}{3}d$，
故答案为：12； $\frac{2\sqrt{6}}{3}d$；
（4）[Cu（OH）₄]^2-中与Cu²⁺与4个OH^-形成配位键，可表示为，
故答案为：；
（5）该晶胞中含有4个H原子，铜原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，所以该晶胞中含有4个铜原子4个氢原子，设该晶胞的边长为a，则d=$\frac{\frac{4×（64+1）}{N{\;}_{A}}}{a{\;}^{3}}$，所以a=$\root{3}{\frac{260}{dN{\;}_{A}}}$cm，
故答案为：$\root{3}{\frac{260}{dN{\;}_{A}}}$．

点评 本题综合考查物质的结构与性质知识，侧重于电子排布式、等电子体、杂化类型与配位键等知识，题目难度中等，注意把握杂化类型的判断方法，晶胞计算 为本题的难点．