Question

【選修3-物質結構與性質】
銅在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁，廣泛地應用于電氣、機械制造、國防等領域．一項科學研究成果表明，銅錳氧化物（CuMn₂O₄）能在常溫下催化氧化空氣中的一氧化碳和甲醛（HCHO）．
（1）向一定物質的量濃度的Cu（NO₃）₂和Mn（NO₃）₂溶液中加入Na₂CO₃溶液，所得沉淀經高溫灼燒，可制得CuMn₂O₄．Mn²⁺基態的電子排布式可表示為______，NO^-₃的空間構型為______ （用文字描述）；
（2）在銅錳氧化物的催化下，CO被氧化成CO₂，HCHO被氧化成CO₂和H₂O．根據等電子原理，CO分子的結構式為______，1molCO₂中含有的σ鍵數目為______；
（3）氯和鉀與不同價態的銅可生成兩種化合物，這兩種化合物都可用于催化乙炔聚合，其陰離子均為無限長鏈結構（如圖1），a位置上Cl原子的雜化軌道類型為______，已知其中一種化合物的化學式為KCuCl₃，另一種的化學式為______；

（4）用晶體的x射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數．對金屬銅的測定得到以下結果：晶胞為面心立方最密堆積（如圖2），邊長為361pm，又知銅的密度為9.00g/cm³，則銅晶胞的體積是______cm³、晶胞的質量是______g，阿伏加德羅常數為______（列式計算）；
（5）金屬銅單獨與氨水或單獨與過氧化氫都不能反應，但可與氨水和過氧化氫的混合溶液反應，其原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）Mn是原子序數為25，價電子排布為3d⁵4s²，先失去4s的2個電子，即得Mn²⁺，NO^-₃離子中氮原子無孤對電子對，配位原子為3，即N采取sp²雜化；
（2）CO與N₂互為等電子體，結構相似，根據氮氣分子的結構式書寫CO的結構式；二氧化碳分子中含有C═O雙鍵，雙鍵中1個為σ鍵，1個為π鍵；
（3）由看圖可知：a位置上Cl原子的空間構型是V型，Cl有2個孤電子對，2個σ鍵，雜化軌道數2+2=4，
由已知條件，不同價態的銅，Cu的化合價是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一種的化學式中Cu的化合價+1，據此書寫；
（4）根據晶胞的邊長a，其體積為a³．晶胞的質量=密度×晶胞體積．晶胞中含有4個Cu原子，故銅的摩爾質量=×晶胞質量×N_A，據此計算N_A；
（5）金屬銅單獨與氨水或單獨與過氧化氫都不能反應，但可與氨水和過氧化氫的混合溶液反應，說明兩者能互相促進反應，過氧化氫具有強氧化性，氨與Cu²⁺形成配離子．
解答：解：（1）Mn是原子序數為25，價電子排布為3d⁵4s²，先失去4s的2個電子，即得Mn²⁺，Mn²⁺基態的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；NO^-₃離子中氮原子無孤對電子對，配位原子為3，即N采取sp²雜化，NO^-₃的空間結構為平面三角形，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；平面三角形；
（2）CO與N₂互為等電子體，結構相似，根據氮氣分子的結構式看著CO的結構式為C≡O；
二氧化碳分子中含有C═O雙鍵，雙鍵中1個為σ鍵，1個為π鍵，1個二氧化碳分子中含有2個C═O雙鍵，所以1molCO₂中含有的σ鍵數目為2N_A，
故答案為：C≡O；2N_A；
（3）由看圖可知，a位置上Cl原子的空間構型是V型，Cl有2對孤電子對，2個σ鍵，雜化軌道數為2+2=4，故其雜化方式sp³；由已知條件，不同價態的銅，Cu的化合價是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一種的化學式中Cu的化合價+1，其化學式是K₂CuCl₃，故答案為：sp³；K₂CuCl₃；
（4）根據晶胞的邊長a=361pm=3.61×10^-8cm，其體積為（3.61×10^-8cm）³=4.7×10^-23cm³；
晶胞的質量=9.00g/cm³×4.7×10^-23cm³=4.23×10^-22g；
晶胞中含有4個Cu原子，故63.6g/mol=×4.23×10^-22g×N_A，解得N_A=6.01×10^-23mol^-1，
故答案為：4.7×10^-23cm³；4.23×10^-22g；6.01×10^-23mol^-1；
（5）過氧化氫為氧化劑，氨與Cu²⁺形成配離子，兩者能互相促進使反應進行，故答案為：過氧化氫為氧化劑，氨與Cu²⁺形成配離子，兩者能互相促進使反應進行．
點評：本題以科學研究銅錳氧化物作背景，考查學生對電子排布、原子軌道雜化類型與空間構型、等電子體原理、晶胞計算等，難度中等，是對物質結構基礎知識和應用能力考查，基礎性較強，重點突出．