Question

3．銅是重要金屬，Cu的化合物在科學研究和工業生產中具有許多用途，如CuSO₄溶液常用作電解液、電鍍液等．請回答以下問題：
（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制備，該反應的化學方程式為Cu+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；CuSO₄粉末常用來檢驗一些有機物中的微量水分，其原因是白色無水硫酸銅可與水結合生成藍色的CuSO₄•5H₂O．
（3）SO₄^2-的立體構型是正四面體，其中S原子的雜化軌道類型是sp³．
（4）Cu₂O的熔點比Cu₂S的高（填“高”或“低”），請解釋原因半徑越小，晶格能越大，物質的熔沸點就越高．
（5）往硫酸銅溶液中加入過量氨水，可生成²⁺配離子．已知NF₃與NH₃的空間構型都是三角錐形，但NF₃不易與Cu²⁺形成配離子，其原因是F的電負性大于N，NF₃中，共用電子對偏向F，偏離N原子，導致NF₃中N原子核對其孤對電子的吸引能力增強，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構，在晶胞中Cu原子處于面心，Au原子處于頂點位置，則該合金中Cu原子與Au原子數量之比為3：1；該晶體中，原子之間的作用力是金屬鍵．
（7）上述晶體具有儲氫功能，氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中．若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲氫后的晶胞結構為CaF₂的結構相似，該晶體儲氫后的化學式應為Cu₃AuH₈．

Answer 1

分析 （1）銅是29號元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根據原子核外電子排布規律可寫出Cu²⁺的核外電子排布式，據此答題；
（2）加熱條件下，銅和濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，無水硫酸銅是白色的，CuSO₄•5H₂O是藍色的，顯示水合銅離子特征藍色；
（3）根據SO₄^2-中心原子含有的共價鍵個數與孤電子對個數之和確定其空間構型和雜化方式；
（4）氧離子的半徑小于硫離子，根據離子半徑對晶格能的影響可知，半徑越小，晶格能越大，物質的熔沸點就越高；
（5）N、F、H三種元素的電負性：F＞N＞H，所以NH₃中共用電子對偏向N，而在NF₃中，共用電子對偏向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，則最外層電子數為1，以此判斷電子排布式，利用均攤法計算晶胞；
（7）CaF₂的結構如圖，利用均攤法計算．

解答 解：（1）銅是29號元素，位于周期表中第四周期，第ⅠB族，根據原子核外電子排布規律可寫出Cu²⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹，
故答案為：ⅠB；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹；
（2）加熱條件下，銅和濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水，反應方程式為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，白色無水硫酸銅可與水結合生成藍色的CuSO₄•5H₂O，顯示水合銅離子特征藍色；
故答案為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；白色無水硫酸銅可與水結合生成藍色的CuSO₄•5H₂O；
（3）SO₄^2-離子中含有4個σ鍵，沒有孤電子對，所以其立體構型是正四面體，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，物質的熔沸點就越高，所以Cu₂O的熔點比Cu₂S的高；
故答案為：高；半徑越小，晶格能越大，物質的熔沸點就越高；
（5）N、F、H三種元素的電負性：F＞N＞H，所以NH₃中共用電子對偏向N，而在NF₃中，共用電子對偏向F，偏離N原子，導致NF₃中N原子核對其孤對電子的吸引能力增強，難以形成配位鍵，故NF₃不易與Cu²⁺形成配離子；
故答案為：F的電負性大于N，NF₃中，共用電子對偏向F，偏離N原子，導致NF₃中N原子核對其孤對電子的吸引能力增強，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原子處于頂點位置，N（Au）=8×$\frac{1}{8}$=1，則該合金中Cu原子與Au原子數量之比為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的結構如圖，氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中，則H原子應位于晶胞內部，則應含有8個H，則化學式為Cu₃AuH₈；
故答案為：Cu₃AuH₈．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、原子核外電子排布、原子雜化、空間構型判斷、氧化還原反應等知識點，側重考查學生分析計算能力，解題的難點在第（7）中對常見晶胞要熟記．