Question

19．金属铝、铁、铜与人类生产、生活息息相关．
（1）聚合硫酸铁（简称PFS）的化学式为[$\frac{Fe（OH）_{n}（S{O}_{4}）（3-n）}{2}$]_m是常用的水处理剂，与PFS中铁元素价态相同的铁离子的电子排布式为
（2）下列关于[Cu（NH₃）₄]SO₄、K₄[Fe（CN）₆]、Na₃AlF₆的说法中正确的有ad（填正确答案标号）；
a．三种物质中含有的化学键类型均有离子键和配位键
b．[Cu（NH₃）₄]SO₄中含有NH₃分子，其水溶液中也含有大量NH₃分子
c．三种物质的组成元素中第一电离能最大的是氮元素
d．K₄[Fe（CN）₆]与Na₃AIF₆的中心离子具有相同的配位数
（3）已知NF₃与NH₃的空间构型相同，但NF₃不易与Cu²⁺形成配离子，其原因N、F、H三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²⁺形成配位键．
（4）氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，其阴离子均为无限长链结构（如图所示），a位置上的Cl原子的杂化轨道类型为sp³．已知其中一种化合物的化学式为KCuCl₃，则另一种化合物的化学式为K₂CuCl₃

（5）用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数的值．对金属铜的测定得到以下结果：铜晶胞为面心立方最密堆积，边长为361pm．又知铜的密度为9.0g•cm^-3，则铜原子的直径约为255pm，阿伏加德罗常数的值为6.05×10²³ （列式计算，结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）常用的水处理剂，可知铁离子水解生成胶体，则为+3价铁；
（2）a．均含金属离子与配位离子之间的离子键，配位离子中含配位键；
b．[Cu（NH₃）₄]SO₄中不存在NH₃分子；
c．非金属性最强的为F，其电负性最大；
d．由化学式可知，配位数均为6；
（3）根据配合物结构判断，Cu²⁺提供空轨道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤电子对，根据NH₃和NF₃中共用电子对的偏转判断；
（4）据图知a位置上的Cl原子形成了2个σ键，同时还有2个孤电子对，其杂化轨道类型为sp³杂化；由于铜的化合价有+1、+2，已知KCuCl₃中铜为+2价，则+1价的铜形成化合物的化学式为K₂CuCl₃；
（5）根据铜晶胞为面心立方最密堆积，由边长可计算出晶胞的体积，根据m=ρ×V计算质量，由晶胞可知Cu原子在顶点和面心，以此计算．

解答 解：（1）常用的水处理剂，可知铁离子水解生成胶体，则为+3价铁，26号元素Fe基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则铁离子的电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵或[Ar]3d⁵，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵或[Ar]3d⁵；
（2）a．[Cu（NH₃）₄]SO₄、K₄[Fe（CN）₆]、Na₃AlF₆都为配合物，晶体中存在化学键类型为配位键和金属离子与配位离子之间的离子键，故a正确；
b．[Cu（NH₃）₄]SO₄中铜离子和氨分子之间形成配位键，不存在NH₃分子，其水溶液中也不含有大量NH₃分子，故b错误；
c．三种物质的组成元素中第一电离能最大的是氟元素，故c错误；
d．K₄[Fe（CN）₆]与Na₃[AlF₆]的中心离子具有相同的配位数，均为6，故d正确；
故答案为：ad；
（3）根据配合物结构判断，Cu²⁺提供空轨道，NH₃和NF₃中中心原子N原子提供孤电子对，由于N、F、H三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²⁺形成配位键，
故答案为：N、F、H三种元素的电负性为F＞N＞H，在NF₃中，共用电子对偏向F，偏离N原子，使得氮原子上的孤电子对难于与Cu²⁺形成配位键；
（4）a位置上Cl原子成2个单键，含有2对孤对电子，杂化轨道数为4，杂化轨道类型为：sp³，
一种化合物的化学式为KCuCl₃，其中铜元素为+2价，故另一种化合物中铜为+1价，CuCl₃原子团的化合价为-2，其化学式为K₂CuCl₃，
故答案为：sp³；K₂CuCl₃；
（5）根据铜晶胞为面心立方最密堆积，由边长可计算出晶胞的体积V=（361 pm）³≈4.70×10^-23 cm³，根据m=ρ×V=9.00 g•cm^-3×4.70×10^-23cm³=4.23×10^-22g；
由于一个铜晶胞中含有的铜原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4（个），每个铜原子的体积约为=4.70×10^-23 cm³÷4=1.18×10^-23 cm³，则$\frac{1}{6}$×π×d³=1.18×10^-23 cm³，解得铜原子的直径d≈255pm；N_A=$\frac{63.6g/mol}{\frac{1}{4}×4.23×1{0}^{-22}g}$≈6.05×10²³mol^-1，
故答案为：255；6.05×10²³．

点评 本题考查物质结构与性质的考查，涉及电子排布、杂化及晶胞计算等，综合性较强，掌握杂化轨道理论以及铜晶胞堆积方式是解答关键，题目难度较大．