Question

3．[化學--選修3：物質(zhì)結構與性質(zhì)]銅單質(zhì)及其化合物在很多領域有重要的用途．請回答以下問題：
（1）超細銅粉可應用于導電材料、催化劑等領域中，其某制備方法如圖1：

①NH₄CuSO₃中的金屬陽離子的核外電子排布式為：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰．N、O、S三種元素的第一電離能大小順序為：N＞O＞S（填元素符號）．②SO₄^2-離子的空間構型為正四面體．
（2）氯化亞銅（CuCl）的某制備過程是：向CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微熱，反應一段時間后即生成CuCl白色沉淀．①寫出上述制備CuCl的離子方程式：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-．②CuCl的熔點比CuO的熔點低．（填“高”或“低”）
（3）氯和鉀與不同價態(tài)的銅可生成兩種化合物，其陰離子均為無限長鏈結構（如圖2），a位置上Cl原子的雜化軌道類型為sp³．已知其中一種化合物的化學式為KCuCl₃，另一種的化學式為K₂CuCl₃．
（4）用晶體的x射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù)．對金屬銅的測定得到以下結果：晶胞為面心立方最密堆積，邊長為361pm．又知銅的密度為9.00g•cm^-3，則銅晶胞的體積是4.7×10^-23 cm³、晶胞的質(zhì)量是4.23×10^-22g、阿伏加德羅常數(shù)為6.01×10²³mol^-1（列式計算，己知Ar（Cu）=63.6）．

Answer 1

分析 （1）化合物NH₄CuSO₃中銅為+1價，核外有28個電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫Cu⁺核外電子排布式；同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大呈增大趨勢，氮元素2p能級處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量低；SO₄^2-中硫原子的價電子層電子對數(shù)為$\frac{6+2}{2}$=4；
（2）①CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微熱生成CuCl沉淀，銅元素化合價由+2價降低為+1價，硫元素被氧化，二氧化硫被氧化為硫酸；
②CuCl和CuO都是離子晶體，離子的半徑越小，所帶電荷越多，晶格能越大，熔點就越高；
（3）a位置上Cl原子成2個單鍵，含有2對孤對電子，雜化軌道數(shù)為4，據(jù)此判斷；一種化合物的化學式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價，故另一種化合物中銅為+1價，CuCl₃原子團的化合價為-2，據(jù)此書寫；
（4）根據(jù)晶胞的棱長a，其體積為a³；晶胞的質(zhì)量=體積×密度；銅的晶胞為面心立方最密堆積，一個晶胞能分攤到4個Cu原子，故銅的摩爾質(zhì)量=$\frac{1}{4}$×晶胞質(zhì)量×N_A，據(jù)此計算N_A．

解答 解：（1）化合物NH₄CuSO₃中銅為+1價，核外有28個電子，銅是29號元素，根據(jù)能量最低原理其態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或，該原子失去一個電子時，生成亞銅離子，失去的電子是最外層電子，所以亞銅離子的基態(tài)的電子排布式為：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大呈增大趨勢，氮元素2p能級處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量低，氮元素的第一電離能高于同周期相鄰元素第一電離能，所以第一電離能 N＞O＞S；SO₄^2-中硫原子的價電子層電子對數(shù)為$\frac{6+2}{2}$=4，孤電子對數(shù)為0，所以SO₄^2-是正四面體，
故答案為：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d¹⁰；N＞O＞S；正四面體；
（2）①CuCl₂溶液中通入一定量SO₂，微熱生成CuCl沉淀，銅元素化合價由+2價降低為+1價，硫元素被氧化，二氧化硫被氧化為硫酸．所以該反應的離子方程式為：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-；
②CuCl和CuO都是離子晶體，離子晶體中晶格能越大，熔點越高，晶格能與離子的半徑和電荷有關，離子的半徑越小，所帶電荷越多，晶格能越大，熔點就越高，CuCl中氯離子半徑大于CuO的中氧離子半徑，CuCl中氯離子所帶電荷小于CuO中氧離子所帶電荷，所以CuCl的熔點比CuO的熔點低，故答案為：低；
（3）a位置上Cl原子成2個單鍵，含有2對孤對電子，雜化軌道數(shù)為4，雜化軌道類型為：sp³，
一種化合物的化學式為KCuCl₃，其中銅元素為+2價，故另一種化合物中銅為+1價，CuCl₃原子團的化合價為-2，其化學式為：K₂CuCl₃，
故答案為：sp³；K₂CuCl₃；
（4）1pm=10^-10cm，故一個晶胞的體積為（361×10^-10cm^）3=4.7×10^-23cm³；晶胞的質(zhì)量=體積×密度，故一個晶胞的質(zhì)量為4.7×10^-23cm³×9.00g•cm^-3=4.23×10^-22g；銅的晶胞為面心立方最密堆積，一個晶胞中Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故銅的摩爾質(zhì)量=$\frac{1}{4}$×晶胞質(zhì)量×N_A，所以63.6g•mol^-1=$\frac{1}{4}$×4.23×10^-22g×N_A，得N_A=6.01×10²³mol^-1，
故答案為：4.7×10^-23；4.23×10^-22；6.01×10²³mol^-1．

點評 本題考查較為綜合，涉及電子排布式、分子的立體構型、雜化軌道類型、以及晶體結構分析等知識，題目難度中等，本題注意晶胞配位數(shù)的判斷方法．