Question

3．銅是重要金屬，Cu的化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有許多用途，如CuSO₄溶液常用作電解液、電鍍液等．請(qǐng)回答以下問(wèn)題：
（1）Cu位于元素周期表ⅠB 族．Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹．
（2）CuSO₄可由金屬銅與濃硫酸反應(yīng)制備，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；CuSO₄粉末常用來(lái)檢驗(yàn)一些有機(jī)物中的微量水分，其原因是白色無(wú)水硫酸銅可與水結(jié)合生成藍(lán)色的CuSO₄•5H₂O．
（3）SO₄^2-的立體構(gòu)型是正四面體，其中S原子的雜化軌道類型是sp³．
（4）Cu₂O的熔點(diǎn)比Cu₂S的高（填“高”或“低”），請(qǐng)解釋原因半徑越小，晶格能越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高．
（5）往硫酸銅溶液中加入過(guò)量氨水，可生成²⁺配離子．已知NF₃與NH₃的空間構(gòu)型都是三角錐形，但NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，其原因是F的電負(fù)性大于N，NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子，導(dǎo)致NF₃中N原子核對(duì)其孤對(duì)電子的吸引能力增強(qiáng)，難以形成配位鍵．
（6）元素金（Au）處于周期表中的第六周期，與Cu同族，Au原子最外層電子排布式為6s¹；一種銅合金晶體具有立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，在晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點(diǎn)位置，則該合金中Cu原子與Au原子數(shù)量之比為3：1；該晶體中，原子之間的作用力是金屬鍵．
（7）上述晶體具有儲(chǔ)氫功能，氫原子可進(jìn)入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中．若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)為CaF₂的結(jié)構(gòu)相似，該晶體儲(chǔ)氫后的化學(xué)式應(yīng)為Cu₃AuH₈．

Answer 1

分析 （1）銅是29號(hào)元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可寫出Cu²⁺的核外電子排布式，據(jù)此答題；
（2）加熱條件下，銅和濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，無(wú)水硫酸銅是白色的，CuSO₄•5H₂O是藍(lán)色的，顯示水合銅離子特征藍(lán)色；
（3）根據(jù)SO₄^2-中心原子含有的共價(jià)鍵個(gè)數(shù)與孤電子對(duì)個(gè)數(shù)之和確定其空間構(gòu)型和雜化方式；
（4）氧離子的半徑小于硫離子，根據(jù)離子半徑對(duì)晶格能的影響可知，半徑越小，晶格能越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高；
（5）N、F、H三種元素的電負(fù)性：F＞N＞H，所以NH₃中共用電子對(duì)偏向N，而在NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子；
（6）元素金（Au）處于周期表中的第六周期，與Cu同族，則最外層電子數(shù)為1，以此判斷電子排布式，利用均攤法計(jì)算晶胞；
（7）CaF₂的結(jié)構(gòu)如圖，利用均攤法計(jì)算．

解答 解：（1）銅是29號(hào)元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可寫出Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案為：ⅠB；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（2）加熱條件下，銅和濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應(yīng)方程式為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，白色無(wú)水硫酸銅可與水結(jié)合生成藍(lán)色的CuSO₄•5H₂O，顯示水合銅離子特征藍(lán)色；
故答案為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；白色無(wú)水硫酸銅可與水結(jié)合生成藍(lán)色的CuSO₄•5H₂O；
（3）SO₄^2-離子中含有4個(gè)σ鍵，沒有孤電子對(duì)，所以其立體構(gòu)型是正四面體，硫原子采取sp³雜化；
故答案為：正四面體；sp³；
（4）氧離子的半徑小于硫離子，半徑越小，晶格能越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高，所以Cu₂O的熔點(diǎn)比Cu₂S的高；
故答案為：高；半徑越小，晶格能越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高；
（5）N、F、H三種元素的電負(fù)性：F＞N＞H，所以NH₃中共用電子對(duì)偏向N，而在NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子，導(dǎo)致NF₃中N原子核對(duì)其孤對(duì)電子的吸引能力增強(qiáng)，難以形成配位鍵，故NF₃不易與Cu²⁺形成配離子；
故答案為：F的電負(fù)性大于N，NF₃中，共用電子對(duì)偏向F，偏離N原子，導(dǎo)致NF₃中N原子核對(duì)其孤對(duì)電子的吸引能力增強(qiáng)，難以形成配位鍵；
（6）元素金（Au）處于周期表中的第六周期，與Cu同族，則最外層電子數(shù)為1，則最外層電子排布式為6s¹，在晶胞中Cu原子處于面心，N（Cu）=6×$\frac{1}{2}$=3，Au原子處于頂點(diǎn)位置，N（Au）=8×$\frac{1}{8}$=1，則該合金中Cu原子與Au原子數(shù)量之比為3：1，為金屬晶體，原子間的作用力為金屬鍵；
故答案為：6s¹；3：1；金屬鍵；
（7）CaF₂的結(jié)構(gòu)如圖，氫原子可進(jìn)入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中，則H原子應(yīng)位于晶胞內(nèi)部，則應(yīng)含有8個(gè)H，則化學(xué)式為Cu₃AuH₈；
故答案為：Cu₃AuH₈．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及晶胞計(jì)算、原子核外電子排布、原子雜化、空間構(gòu)型判斷、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，解題的難點(diǎn)在第（7）中對(duì)常見晶胞要熟記．