Question

5．生物質能是一種潔凈、可再生的能源．生物質氣（主要成分為CO、CO₂、H₂等）與H₂混合，催化合成甲醇是生物質能利用的方法之一．
（1）上述反應的催化劑含有Cu、Zn、Al等元素．
①寫出基態Cu原子的核外電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹．
②金屬銅采用如圖1中的C（填字母代號）堆積方式．

（2）根據等電子原理，寫出CO分子的結構式C≡O．
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛與新制Cu（OH）₂的堿性溶液反應生成Cu₂O沉淀．
①甲醇的沸點比甲醛的高，其主要原因是甲醇分子之間形成氫鍵；甲醛分子中碳原子軌道的雜化類型為sp²雜化．
②甲醛分子的空間構型是平面三角形；1mol甲醛分子中σ鍵的數目為3N_A．
③在1個Cu₂O晶胞中（結構如圖2所示），所包含的Cu原子數目為4．
（4）科學家通過X射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結構示意圖可簡單表示如下，其中配位鍵和氫鍵均采用虛線表示．
①寫出膽礬晶體中水合銅離子的結構簡式（必須將配位鍵表示出來）：．
②水分子間存在氫鍵，請你列舉兩點事實說明氫鍵對水的性質的影響水的熔、沸點較高、結冰時密度減小．

Answer 1

分析 （1）Cu的原子序數為29，結合能量最低原理書寫電子排布式；Cu為最密堆積，配位數為12；
（2）CO與N₂為等電子體，根據N₂的結構判斷；
（3）①甲醇中含有氫鍵，沸點較高，中心原子形成3個δ鍵；
②根據價層電子對互斥模型判斷，分子中單鍵為δ鍵，雙鍵中一個δ鍵，一個為π鍵；
③利依據晶胞示意圖可以看出Cu原子處于晶胞內部，以此判斷銅原子數；
（4）①Cu²⁺提供空軌道，水中氧原子提供孤對電子，形成配位鍵；
②氫鍵較一般分子間作用力強，影響物質的物理性質；

解答 解：（1）①Cu的原子序數為29，電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹，②Cu為最密堆積，配位數為12，C符合，
故答案為：①1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹或[Ar]3d¹⁰4s¹；②C；
（2）依據等電子原理，可知CO與N₂為等電子體，N₂分子的結構式為：N≡N，互為等電子體分子的結構相似，可寫出CO的結構式為C≡O，
故答案為：C≡O；
（3）①甲醇分子之間形成了分子間氫鍵，甲醛分子間只是分子間作用力，而沒有形成氫鍵，故甲醇的沸點高，甲醛分子中含有碳氧雙鍵，故碳原子軌道的雜化類型為sp²雜化，故答案為：甲醇分子之間形成氫鍵；sp²雜化；
 ②甲醛為sp²雜化，不含孤電子對，分子的空間構型為平面三角形；1mol甲醛分子中含有2mol碳氫δ鍵，1mol碳氧δ鍵，故含有δ鍵的物質的量為3mol，數目為3N_A個；
故答案為：平面三角形；3N_A；
③依據晶胞示意圖可以看出Cu原子處于晶胞內部，所包含的Cu原子數目為4，
故答案為：4；
（4）①Cu²⁺提供空軌道，水中氧原子提供孤對電子，形成配位鍵，水合銅離子的結構簡式為：，
故答案為：；
②氫鍵較一般分子間作用力強，所以水的熔、沸點較高，由于氫鍵具有方向性，結冰時，氫鍵增多，體積增大，密度減小，
故答案為：水的熔、沸點較高；結冰時密度減小．

點評 本題把原子結構、分子結構及晶體結構、配合物知識較好地融合在一起，綜合考查了物質結構與性質的主干知識，題目難度中等．