Question

（2012?開封一模）【選修3-物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)】
銅在我國有色金屬材料的消費(fèi)中僅次于鋁，廣泛地應(yīng)用于電氣、機(jī)械制造、國防等領(lǐng)域．一項科學(xué)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(zhì)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(jīng)高溫灼燒，可制得CuMn₂O₄．Mn²⁺基態(tài)的電子排布式可表示為

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵

，NO^-₃的空間構(gòu)型為

平面三角形

 （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(jù)等電子原理，CO分子的結(jié)構(gòu)式為

C≡O(shè)

，1molCO₂中含有的σ鍵數(shù)目為

2N_A

；
（3）氯和鉀與不同價態(tài)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(jié)構(gòu)（如圖1），a位置上Cl原子的雜化軌道類型為

sp³

，已知其中一種化合物的化學(xué)式為KCuCl₃，另一種的化學(xué)式為

K₂CuCl₃

；

（4）用晶體的x射線衍射法可以測得阿伏加德羅常數(shù)．對金屬銅的測定得到以下結(jié)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

4.7×10^-23

cm³、晶胞的質(zhì)量是

4.23×10^-22

g，阿伏加德羅常數(shù)為

6.01×10^-23mol^-1

（列式計算）；
（5）金屬銅單獨(dú)與氨水或單獨(dú)與過氧化氫都不能反應(yīng)，但可與氨水和過氧化氫的混合溶液反應(yīng)，其原因是

過氧化氫為氧化劑，氨與Cu²⁺形成配離子，兩者能互相促進(jìn)使反應(yīng)進(jìn)行

．

Answer 1

分析：（1）Mn是原子序數(shù)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(jié)構(gòu)相似，根據(jù)氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)式書寫CO的結(jié)構(gòu)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(gòu)型是V型，Cl有2個孤電子對，2個σ鍵，雜化軌道數(shù)2+2=4，
由已知條件，不同價態(tài)的銅，Cu的化合價是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一種的化學(xué)式中Cu的化合價+1，據(jù)此書寫；
（4）根據(jù)晶胞的邊長a，其體積為a³．晶胞的質(zhì)量=密度×晶胞體積．晶胞中含有4個Cu原子，故銅的摩爾質(zhì)量=

1

4

×晶胞質(zhì)量×N_A，據(jù)此計算N_A；
（5）金屬銅單獨(dú)與氨水或單獨(dú)與過氧化氫都不能反應(yīng)，但可與氨水和過氧化氫的混合溶液反應(yīng)，說明兩者能互相促進(jìn)反應(yīng)，過氧化氫具有強(qiáng)氧化性，氨與Cu²⁺形成配離子．

解答：解：（1）Mn是原子序數(shù)為25，價電子排布為3d⁵4s²，先失去4s的2個電子，即得Mn²⁺，Mn²⁺基態(tài)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)相似，根據(jù)氮?dú)夥肿拥慕Y(jié)構(gòu)式看著CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)；
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(shù)目為2N_A，
故答案為：C≡O(shè)；2N_A；
（3）由看圖可知，a位置上Cl原子的空間構(gòu)型是V型，Cl有2對孤電子對，2個σ鍵，雜化軌道數(shù)為2+2=4，故其雜化方式sp³；由已知條件，不同價態(tài)的銅，Cu的化合價是+1、+2，KCuCl₃的Cu+2，另一種的化學(xué)式中Cu的化合價+1，其化學(xué)式是K₂CuCl₃，故答案為：sp³；K₂CuCl₃；
（4）根據(jù)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(zhì)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=

1

4

×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(jìn)使反應(yīng)進(jìn)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(jìn)使反應(yīng)進(jìn)行．

點(diǎn)評：本題以科學(xué)研究銅錳氧化物作背景，考查學(xué)生對電子排布、原子軌道雜化類型與空間構(gòu)型、等電子體原理、晶胞計算等，難度中等，是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力考查，基礎(chǔ)性較強(qiáng)，重點(diǎn)突出．