Question

【題目】2019年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)得州大學(xué)奧斯汀分校JohnB.Goodenough教授等人，以表彰其在鋰離子電池的發(fā)展方面作出的突出貢獻(xiàn)。研究表明：Li-Cu4O(PO4)2電池的正極的活性物質(zhì)Cu4O(PO4)2制備的原理為：2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2O=Cu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O。請(qǐng)回答：

（1）在周期表中，與Li的化學(xué)性質(zhì)最相似的鄰族元素在周期表中位置是__。

（2）Cu4O(PO4)2中Cu2+基態(tài)電子排布式為__，PO43-的空間構(gòu)型是___。

（3）在硫酸銅溶液中加入過(guò)量KCN，生成配合物[Cu(CN)4]2-，則[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵與π鍵的數(shù)目比為__。

（4）(NH4)2SO4中電負(fù)性最大的元素是__。所含化學(xué)鍵的類型有__。

（5）冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，如圖：

①每個(gè)冰晶胞平均占有__個(gè)水分子，冰的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于金剛石熔點(diǎn)的原因是__。

②在氣相中NH3易與H2O通過(guò)氫鍵以水合物形式存在。試寫出水合物NH3·H2O的結(jié)構(gòu)式：__。

（6）如圖甲所示為二維平面晶體示意圖。其中表示CuCl2的晶體結(jié)構(gòu)的是___（填“a”或“b”）。金屬銅的晶胞如圖乙所示，銅原子的配位數(shù)是__。若此晶胞立方體的邊長(zhǎng)為apm，金屬銅的密度為ρg·cm-3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為___mol-1（用含a、ρ的代數(shù)式表示）。

Answer 1

【答案】第三周期ⅡA族 [Ar]3d9 正四面體 1:1 O 離子鍵、配位鍵、共價(jià)鍵（極性鍵） 8 熔化時(shí)克服的分子間作用力不同，冰是氫鍵和分子間作用力，金剛石是共價(jià)鍵 或 a 12

【解析】

根據(jù)對(duì)角線規(guī)則確定相似元素在周期表中的位置；根據(jù)核外電子排布規(guī)律確定粒子的電子排布式；根據(jù)VSEPR模型確定粒子的空間構(gòu)型；元素的電負(fù)性，同周期自左至右，元素的電負(fù)性逐漸增大，同一主族，從上到下，元素電負(fù)性逐漸減小，據(jù)此規(guī)律進(jìn)行分析；根據(jù)均攤法確定晶體中粒子的個(gè)數(shù)；據(jù)此分析。

(1)根據(jù)對(duì)角線相似規(guī)律，周期表中位于對(duì)角線位置的元素性質(zhì)相似可知，在周期表中，與Li的化學(xué)性質(zhì)最相似的鄰族元素為Mg元素，Mg元素在周期表中位置是第三周期ⅡA族，答案為：第三周期ⅡA族；

(2)Cu元素的原子序數(shù)為29，其基態(tài)電子排布式為：[Ar]3d104s1，失去2個(gè)電子后，Cu2+基態(tài)電子排布式為：[Ar]3d9；PO43-中其中心原子P原子的孤電子對(duì)數(shù)=，價(jià)電子對(duì)數(shù)為4，則PO43-的空間構(gòu)型是正四面體型。答案為：[Ar]3d9；正四面體型；

(3)1個(gè)[Cu(CN)4]2-中含有4個(gè)配位鍵，CN-含有碳氮三鍵，其中1個(gè)是σ鍵，另外2個(gè)是π鍵，則配合物[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵與π鍵的數(shù)目比為8:8=1:1；答案為：1:1；

(4)根據(jù)同周期自左至右，元素的電負(fù)性逐漸增大，同一主族，從上到下，元素電負(fù)性逐漸減小，可知(NH4)2SO4中電負(fù)性最大的元素是O；(NH4)2SO4中存在N-H極性共價(jià)鍵和S-O極性共價(jià)鍵，銨根離子與硫酸根離子之間存在離子鍵，中N原子提供電子對(duì)，其中1個(gè)H原子提供空軌道，故中還存在配位鍵，由此可知，(NH4)2SO4中存在離子鍵、配位鍵、共價(jià)鍵（極性鍵）；答案為：O；離子鍵、配位鍵、共價(jià)鍵（極性鍵）；

(5)①由冰晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)冰晶胞中含有的水分子數(shù)目為，故每個(gè)冰晶胞中平均占有8個(gè)水分子；水分子中含有共價(jià)鍵、氫鍵和分子間作用力，金剛石中的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，二者融化時(shí)，破壞的作用力不同，金剛石融化需要破壞共價(jià)鍵，而冰融化需要破壞氫鍵和分子間作用力，故冰的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于金剛石熔點(diǎn)。答案為：8；熔化時(shí)克服的分子間作用力不同，冰是氫鍵和分子間作用力，金剛石是共價(jià)鍵；

②由于NH3分子是三角錐形，N原子易提供孤電子對(duì)，所以，必以空間阻力最小，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的方式形成氫鍵，則水合物NH3·H2O的結(jié)構(gòu)式可表示為：或；答案為：或；

(6)分析圖甲中的a圖，每白色小球被3個(gè)黑球共用，每一個(gè)黑球被6個(gè)白球共用，則黑色小球和白色小球個(gè)數(shù)之比為；b圖中每個(gè)白色小球被2個(gè)黑色小球共用，每個(gè)黑色小球被6個(gè)白色小球共用，則黑色小球和白色小球個(gè)數(shù)之比=，故表示CuCl2的晶體結(jié)構(gòu)的是a圖；金屬晶體中金屬原子的配位數(shù)即為距離該原子最近的金屬原子的數(shù)目，在Cu的晶胞中，頂點(diǎn)原子為8個(gè)晶胞共用。面上的銅原子為2個(gè)晶胞共用，因此，金屬銅的一個(gè)晶胞的原子數(shù)為，在Cu的晶胞中，與每個(gè)頂點(diǎn)的Cu原子距離相等的銅原子共有12個(gè)，因此其配位數(shù)為12；由題可知，晶胞體積應(yīng)為a3pm3，一個(gè)晶胞中含4個(gè)Cu原子，則一個(gè)晶胞的質(zhì)量=，根據(jù)m=ρV，則有：，故NA=；答案為：a；12；。