Question

（2012?开封一模）【选修3-物质结构与性质】
铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域．一项科学研究成果表明，铜锰氧化物（CuMn₂O₄）能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛（HCHO）．
（1）向一定物质的量浓度的Cu（NO₃）₂和Mn（NO₃）₂溶液中加入Na₂CO₃溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn₂O₄．Mn²⁺基态的电子排布式可表示为

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

，NO^-₃的空间构型为

平面三角形

 （用文字描述）；
（2）在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化成CO₂，HCHO被氧化成CO₂和H₂O．根据等电子原理，CO分子的结构式为

C≡O

，1molCO₂中含有的σ键数目为

2N_A

；
（3）氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构（如图1），a位置上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，另一种的化学式为

K₂CuCl₃

；

（4）用晶体的x射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数．对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积（如图2），边长为361pm，又知铜的密度为9.00g/cm³，则铜晶胞的体积是

4.7×10^-23

cm³、晶胞的质量是

4.23×10^-22

g，阿伏加德罗常数为

6.01×10^-23mol^-1

（列式计算）；
（5）金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，其原因是

过氧化氢为氧化剂，氨与Cu²⁺形成配离子，两者能互相促进使反应进行

．

Answer 1

分析：（1）Mn是原子序数为25，价电子排布为3d⁵4s²，先失去4s的2个电子，即得Mn²⁺，NO^-₃离子中氮原子无孤对电子对，配位原子为3，即N采取sp²杂化；
（2）CO与N₂互为等电子体，结构相似，根据氮气分子的结构式书写CO的结构式；二氧化碳分子中含有C═O双键，双键中1个为σ键，1个为π键；
（3）由看图可知：a位置上Cl原子的空间构型是V型，Cl有2个孤电子对，2个σ键，杂化轨道数2+2=4，
由已知条件，不同价态的铜，Cu的化合价是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一种的化学式中Cu的化合价+1，据此书写；
（4）根据晶胞的边长a，其体积为a³．晶胞的质量=密度×晶胞体积．晶胞中含有4个Cu原子，故铜的摩尔质量=

1

4

×晶胞质量×N_A，据此计算N_A；
（5）金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，说明两者能互相促进反应，过氧化氢具有强氧化性，氨与Cu²⁺形成配离子．

解答：解：（1）Mn是原子序数为25，价电子排布为3d⁵4s²，先失去4s的2个电子，即得Mn²⁺，Mn²⁺基态的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；NO^-₃离子中氮原子无孤对电子对，配位原子为3，即N采取sp²杂化，NO^-₃的空间结构为平面三角形，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；平面三角形；
（2）CO与N₂互为等电子体，结构相似，根据氮气分子的结构式看着CO的结构式为C≡O；
二氧化碳分子中含有C═O双键，双键中1个为σ键，1个为π键，1个二氧化碳分子中含有2个C═O双键，所以1molCO₂中含有的σ键数目为2N_A，
故答案为：C≡O；2N_A；
（3）由看图可知，a位置上Cl原子的空间构型是V型，Cl有2对孤电子对，2个σ键，杂化轨道数为2+2=4，故其杂化方式sp³；由已知条件，不同价态的铜，Cu的化合价是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一种的化学式中Cu的化合价+1，其化学式是K₂CuCl₃，故答案为：sp³；K₂CuCl₃；
（4）根据晶胞的边长a=361pm=3.61×10^-8cm，其体积为（3.61×10^-8cm）³=4.7×10^-23cm³；
晶胞的质量=9.00g/cm³×4.7×10^-23cm³=4.23×10^-22g；
晶胞中含有4个Cu原子，故63.6g/mol=

1

4

×4.23×10^-22g×N_A，解得N_A=6.01×10^-23mol^-1，
故答案为：4.7×10^-23cm³；4.23×10^-22g；6.01×10^-23mol^-1；
（5）过氧化氢为氧化剂，氨与Cu²⁺形成配离子，两者能互相促进使反应进行，故答案为：过氧化氢为氧化剂，氨与Cu²⁺形成配离子，两者能互相促进使反应进行．

点评：本题以科学研究铜锰氧化物作背景，考查学生对电子排布、原子轨道杂化类型与空间构型、等电子体原理、晶胞计算等，难度中等，是对物质结构基础知识和应用能力考查，基础性较强，重点突出．