Question

18．利用铜萃取剂M，通过如下反应实现铜离子的富集：

（1）X难溶于水、易溶于有机溶剂，其晶体类型为分子晶体．
（2）X中非金属元素原子的第一电离能由大到小顺序为O＞N＞C＞H．其中第一电离能最大的原子的杂化方式分别为sp²
（3）上述反应中断裂和生成的化学键有be（填序号）．
a．离子键      b．配位键      c．金属键      d．范德华力      e．共价键
（4）M与W（分子结构如图1）相比，M的水溶性小，更利于Cu²⁺的萃取．M水溶性小的主要原因是M能形成分子内氢键，使溶解度减小．
（5）如图2为碳化硅的晶胞（其中●为碳原子，○为硅原子）．
①三个碳原子和三个硅原子相间构成一个椅式（船、椅）六元环．
②如果我们以一个硅原子为中心，则与硅原子次近的第二层有12个原子．
③已知：碳原子半径为a×10^-8cm，硅子半径为b×10^-8cm，假设碳、硅原子是刚性小球，在晶体中彼此相切，计算碳化硅晶体的密度为$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$g/cm³（只要求列出算式），查表知该密度比实测值偏小，其原因可能是密度偏小，说明实际晶胞的体积下小于计算值，实际上碳、硅原子之间形成共价键，而不是相切是相交，碳、硅原子间的距离比两个原子半径之和小．

Answer 1

分析 （1）X难溶于水、易溶于有机溶剂，符合分子晶体的性质；
（2）非金属性越强第一电离能越大，同周期随原子序数增大元素第一电离能增大，氮元素2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的；结合杂化轨道数目判断杂化方式；
（3）酚羟基中O-H间断裂，铜离子与O原子、N原子之间形成配位键；
（4）分子内氢键的存在，导致水溶性减小，物质与水分子之间形成氢键，可以增大溶解性；
（5）①三个碳原子和三个硅原子相间构成一个六元环为图中红线连接的原子，为椅式结构；
②距离中心Si最近的第一层的4个C原子，每一个又连接着另外3个Si原子；
③黑色球连接周围的4个白色球形成正四面体结构，黑色球位于正四面体的中心，黑色球与晶胞顶点白色球连线处于晶胞体对角线上，且二者之间距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，而晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，据此算晶胞棱长，根据均摊法计算晶胞中Si、C原子数目，表示出晶胞的质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度；
Si、C原子之间形成共价键，原子间距小于二者原子半径之和，计算的体积比实际体积偏大．

解答 解：（1）X难溶于水、易溶于有机溶剂，符合分子晶体的性质，故X为分子晶体，故答案为：分子；
（2）非金属性越强第一电离能越大，同周期随原子序数增大元素第一电离能增大，氮元素2p轨道为半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素的，故第一电离能N＞O＞C＞H，
由结构简式可知N原子共形成3对共价键，其中1个为配位键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，故N原子采取sp²杂化，
故答案为：O＞N＞C＞H；sp²杂化；
（3）M中酚羟基中O-H间断裂，铜离子与O原子、N原子之间形成配位键，故选：be；
（4）由于M能形成分子内氢键，使溶解度减小，故答案为：M能形成分子内氢键，使溶解度减小；
（5）①三个碳原子和三个硅原子相间构成一个六元环为图中红线连接的原子，为椅式结构，
故答案为：椅；
②距离中心Si最近的第一层的4个C原子，每一个又连接着另外3个Si原子，则与硅原子次近的第二层有12个原子，
故答案为：12；
③黑色球连接周围的4个白色球形成正四面体结构，黑色球位于正四面体的中心，黑色球与晶胞顶点白色球连线处于晶胞体对角线上，且二者之间距离为体对角线长度的$\frac{1}{4}$，而晶胞体对角线长度为晶胞棱长的$\sqrt{3}$倍，故晶胞棱长为（a×10^-8cm+b×10^-8cm）×4÷$\sqrt{3}$，晶胞中C原子数目为4，Si原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故晶胞质量为4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g，故晶体密度为4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g÷[（a×10^-8cm+b×10^-8cm）×4÷$\sqrt{3}$]³=$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$g/cm³，
密度偏小，说明实际晶胞的体积下小于计算值，实际上碳、硅原子之间形成共价键，而不是相切是相交，碳、硅原子间的距离比两个原子半径之和小，
故答案为：$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$；密度偏小，说明实际晶胞的体积下小于计算值，实际上碳、硅原子之间形成共价键，而不是相切是相交，碳、硅原子间的距离比两个原子半径之和小．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及晶体类型与性质、电离能、杂化方式判断、化学键、晶胞结构与计算等，（5）中问题为易错点、难点，是对学生综合能力的考查，难度较大．