Question

12．Cu₃N具有良好的电学和光学性能，在电子工业领域、航空航天领域、国防领域、通讯领域以及光学工业等领域中，发挥着广泛的、不可替代的作用．
（1）Cu⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；N元素与O元素的第一电离能比较：N＞O（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）与N^3-含有相同电子数的四原子分子的空间构型为三角锥型．
（3）在Cu催化作用下，乙醇可被空气氧化为乙醛（CH₃CHO），乙醛分子中醛基（        ）碳原子的杂化方式为sp²；乙醇的沸点明显高于乙醛，其主要原因为乙醇分子间存在氢键．
（4）[Cu（H₂O）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代可生成Cu（H₂O）₂Cl₂，试画出其具有极性的分子的结构式：．
（5）Cu₃N的晶胞结构如图所示，N^3-的配位数为6  ；若晶胞棱长为a nm，N_A表示阿伏加德罗常数的值，则Cu₃N的密度ρ=$\frac{206}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g/cm³（用含a和N_A的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）Cu原子核外有29个电子，其基态原子电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu原子失去最外层一个电子生成Cu⁺，根据构造原理书写Cu⁺核外电子排布式；同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
（2）与N^3-含有相同电子数的四原子分子为NH₃，根据价层电子对互斥理论确定其空间构型；
（3）乙醛分子中醛基上的碳原子含有3个σ键，据此判断碳原子的杂化方式；乙醇分子间可形成氢键导致沸点较高；
（4）[Cu（H₂O）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂O）₂（Cl）₂]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称；
（5）Cu₃N的晶胞结构如图，大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N^3-的配位数为6，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）Cu原子核外有29个电子，其基态原子电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu原子失去最外层一个电子生成Cu⁺，根据构造原理知Cu⁺核外电子排布式为1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰；同一周期元素，第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能大小顺序是N＞O；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰；＞；
（2）与N^3-含有相同电子数的四原子分子为NH₃，NH₃分子中N原子的价层电子对个数=3+$\frac{1}{2}$×（5-3×1）=4，且含有一个孤电子对，中心原子采用sp³杂化，所以为三角锥型结构；
故答案为：三角锥型；
（3）乙醛分子中醛基上的碳原子含有3个σ键，所以醛基中碳原子采用sp²杂化；乙醇分子间可形成氢键，增加了分子之间的作用，乙醛不能形成氢键，所以乙醇的沸点高于乙醛，
故答案为：sp²；乙醇分子间存在氢键；
（4）[Cu（H₂O）₄]²⁺为平面正方形结构，其中的两个H₂O被Cl^-取代有两种不同的结构，[Cu（H₂O）₂（Cl）₂]具有极性的分子，说明该分子的结构不对称，则其结构式为：，
故答案为：；
（5）Cu₃N的晶胞结构如图，大球个数=12×$\frac{1}{4}$=3，小球个数=8×$\frac{1}{8}$=1，所以大球表示Cu原子、小球表示N原子，N^3-的配位数为6，该晶胞棱长=（a+b）pm=（2a+2b）×10^-10cm，晶胞体积=（a×10^-7）³cm³，晶胞密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{206}{N{\;}_{A}}}{（a×10{\;}^{-7}）{\;}^{3}}$g•cm^-3=$\frac{206}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3；
故答案为：6；$\frac{206}{{N}_{A}（a×1{0}^{-7}）^{3}}$；

点评 本题考查晶胞计算、微粒空间构型判断、原子杂化方式判断、原子核外电子排布等知识点，侧重考查分析、计算、空间想象能力，明确均摊法、价层电子对互斥理论、构造原理等知识点即可解答，难点是晶胞计算方法，题目难度中等．