Question

6．銅是重要金屬，Cu及其化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有許多用途．請回答以下問題：
（1）CuSO₄可由金屬銅與稀硫酸并通入氧氣反應(yīng)制備，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄（�。�$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（2）無水CuSO₄粉末常用來檢驗一些有機物中的微量水分，現(xiàn)象是白色粉末變成藍色晶體；
（3）SO₄^2-的立體構(gòu)型是正四面體，其中S原子的雜化軌道類型是sp³；
（4）元素金（Au）處于周期表中的第六周期，與Cu同族，Au原子最外層電子排布式為6s¹；一種銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，在晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置，該合金中每一層均為密置層（填“密置層”、“非密置層”），金原子的配位數(shù)為12；該晶體中，原子之間的作用力是金屬鍵；
（5）上述晶體具有儲氫功能，氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中．若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的晶胞結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，該晶體儲氫后的化學(xué)式應(yīng)為H₈AuCu₃．若Cu原子與Au原子的距離為a cm，則該晶體儲氫后的密度為$\frac{397}{2\sqrt{2}NAa3}$g/cm³．（含a的表達式）

Answer 1

分析 （1）加熱條件下，Cu和稀硫酸、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水，根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式；
（2）無水硫酸銅固體是白色、五水硫酸銅晶體是藍色；
（3）硫酸根離子中S原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論確定硫酸根離子空間構(gòu)型及S原子雜化方式；
（4）根據(jù)Cu原子結(jié)構(gòu)知，Au原子最外層為第6電子層，且最外層只有一個電子；
一種銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，在晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置，該合金中每一層均為密置層，Au原子配位數(shù)=3×8÷2；該晶體是由金屬晶體，原子之間存在金屬鍵；
（5）該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的晶胞結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，則在金屬晶胞內(nèi)部有8個H原子，該晶胞中含有1個Au原子、3個Cu原子，據(jù)此判斷其化學(xué)式；
若Cu原子與Au原子的距離為a cm，則晶胞棱長=$\sqrt{2}$acm，晶胞體積=（$\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$．

解答 解：（1）加熱條件下，Cu和稀硫酸、氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水，根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式為2Cu+O₂+2H₂SO₄（�。� $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，故答案為：2Cu+O₂+2H₂SO₄（�。� $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（2）無水硫酸銅固體是白色、五水硫酸銅晶體是藍色，所以無水硫酸銅吸水后固體由白色變?yōu)樗{色，故答案為：白色粉末變成藍色晶體；
（3）硫酸根離子中S原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論確定硫酸根離子空間構(gòu)型為正四面體，S原子雜化方式為sp³；
故答案為：正四面體，sp³；
（4）根據(jù)Cu原子結(jié)構(gòu)知，Au原子最外層為第6電子層，且最外層只有一個電子，其最外層電子排布式為6s¹；
一種銅合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，在晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置，該合金中每一層均為密置層，Au原子配位數(shù)=3×8÷2=12；該晶體是由金屬晶體，原子之間存在金屬鍵；
故答案為：6s¹；密置層；12；金屬鍵；
（5）該晶體儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF₂的晶胞結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，則在金屬晶胞內(nèi)部有8個H原子，該晶胞中含有Au原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$=1、Cu原子個數(shù)=6×$\frac{1}{2}$=3，據(jù)此判斷其化學(xué)式為H₈AuCu₃；
若Cu原子與Au原子的距離為a cm，則晶胞棱長=$\sqrt{2}$acm，晶胞體積=（$\sqrt{2}$acm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}}{V}$=$\frac{\frac{397}{{N}_{A}}}{2\sqrt{2}{a}^{3}}$g/cm³，
故答案為：H₈AuCu₃；$\frac{397}{2\sqrt{2}NAa3}$g/cm³．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點，涉及晶胞計算、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)等知識點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，難點是晶胞計算，注意密度公式中各個字母含義，題目難度中等．