Question

11．已知：硫酸銅溶液中滴入氨基乙酸鈉（H₂N-CH₂-COONa）即可得到配合物A，其結構如圖甲．硫酸銅與次磷酸鈉在少量硫酸存在的條件下反應得到CuH紅色沉淀，CuH晶體結構單元如乙圖所示．

（1）Cu元素基態原子的外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹．
（2）1mol氨基乙酸鈉中含有σ鍵的數目為8N_A．
（3）氨基乙酸鈉分解產物之一為二氧化碳，寫出二氧化碳的一種等電子體N₂O（或SCN^-、N₃^-等）（寫化學式）．已知二氧化碳在水中溶解度不大，卻易溶于二硫化碳，請解釋原因：O₂與CS₂均是非極性分子，而水是極性分子，根據相似相溶原理，所以CO₂在水中溶解度不大，卻易溶于CS₂．
（4）硫酸根離子的空間構型為正四面體；已知：硫酸銅灼燒可以產生一種紅色晶體，其結構如圖丙，則該化合物的化學式是Cu₂O．
（5）配合物A中碳原子的雜化軌道類型是sp²、sp³雜化．
（6）CuH晶體的密度為p g/cm²，阿伏伽德羅常數的值為N_A，則該晶胞中Cu原子與H原子之間的最短距離為$\frac{\sqrt{3}}{4}$^×$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm（用含p和N_A的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）Cu是29號元素，其原子核外有29個電子，根據構造原理書寫其基態原子外圍電子排布式；
（2）共價單鍵為σ鍵，共價雙鍵中一個是σ鍵、一個是π鍵；
（3）原子個數相等、價電子數相等的微粒為等電子體；非極性分子易溶于非極性溶劑；
（4）根據價層電子對互斥理論確定硫酸根離子的空間構型；利用均攤法確定該化合物的化學式

解答 解：（1）Cu是29號元素，其原子核外有29個電子，其基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，基態原子外圍電子排布式為3d¹⁰4s¹，故答案為：3d¹⁰4s¹；
（2）共價單鍵為σ鍵，共價雙鍵中一個是σ鍵一個是π鍵，1molH₂N-CH₂-COONa中含有8molσ鍵，所以1mol氨基乙酸鈉中含有σ鍵的數目為8N_A，故答案為：8N_A；
（3）原子個數相等、價電子數相等的微粒為等電子體，則CO₂的等電子體為：N₂O（或SCN^-、N₃^-等）；根據相似相溶原理知，非極性分子的溶質極易溶于非極性分子的溶劑，CO₂和CS₂都是非極性分子，水是極性分子，所以CO₂極易溶于CS₂中，
故答案為：N₂O（或SCN^-、N₃^-等）；CO₂與CS₂均是非極性分子，而水是極性分子，根據相似相溶原理，所以CO₂在水中溶解度不大，卻易溶于CS₂；
（4）SO₄^2-價層電子對個數=4+$\frac{6+2-2×4}{2}$=4，S原子不含孤電子對，所以其空間構型為正四面體；
利用均攤法知，該化合物中O原子個數=1+8×$\frac{1}{8}$=2，Cu原子個數為4，銅原子和氧原子個數之比=4：2=2：1，所以其化學式為：Cu₂O，
故答案為：正四面體型；Cu₂O；
（5）配合物A中形成雙鍵的碳原子形成3個σ鍵、另外碳原子形成4個σ鍵，均沒有孤電子對，分別采取sp²、sp³雜化，
故答案為：sp²、sp³雜化；
（6）晶胞中H原子與周圍的4個Cu原子形成正四面體結構，H原子位于正四面體的中心，與正四面體頂點的Cu原子距離最近，晶胞中H原子數目為5，Cu原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故晶胞質量為4×$\frac{65}{{N}_{A}}$g，CuH晶體的密度為p g/cm³，則晶胞體積為4×$\frac{65}{{N}_{A}}$g÷p g/cm³=$\frac{4×65}{p{N}_{A}}$cm³，則晶胞棱長為$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm，則正四面體的棱長為$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$，令正四面體的棱長為x cm，則斜高為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x cm，底面中心到邊的距離為$\frac{\sqrt{3}}{2}$x cm×$\frac{1}{3}$=$\frac{\sqrt{3}}{6}$x cm，由勾股定理可知，正四面體的高為$\sqrt{（\frac{\sqrt{3}}{2}x）^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{6}x）^{2}}$=$\frac{\sqrt{6}}{3}$x，由正四面體的體積可知，正四面體高與體心到底面面心距離之比為4：1，故H原子與Cu的距離為$\frac{3}{4}$×$\frac{\sqrt{6}}{3}$×$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\frac{\sqrt{3}}{4}$^×$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{3}}{4}$^×$\root{3}{\frac{4×65}{p{N}_{A}}}$cm．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、化學鍵、分子結構與性質、雜化軌道、晶胞計算，（5）中計算為易錯點、難點，需要學生具備一定的空間想象與數學計算能力，難度較大．