Question

【題目】銅及其合金是人類最早使用的金屬材料。

(1)基態銅原子的外圍電子排布式為_____________。

(2)圖1是Cu2O的晶胞，Cu原子配位數為_____________。若Cu2O晶體密度為dgcm-3，晶胞參數為apm，則阿伏加德羅常數值NA=___________。

(3)科學家通過X 射線推測膽礬中既含有配位鍵，又含有氫鍵，其結構示意圖可表示如圖2。

①SO42-中S原子的雜化類型為_______，SO42-的空間構型構型是___________；寫出一個與SO42-互為等電子體的分子的化學式__________。

②膽礬的化學式用配合物的形式可表示為___________。1mol 膽礬所含σ鍵的數目為:_______(設阿伏加德羅常數值NA)

③已知膽礬晶體受熱失水分三步。上圖2中兩個僅以配位鍵與銅離子結合的水分子最先失去，大致溫度為102℃。兩個與銅離子以配位鍵結合，并且與外部的一個水分子以氫鍵結合的水分子隨溫度升高而失去，大致溫度為113 ℃。而失去最外層水分子所需溫度大致為258℃，請分析原因_____________。

Answer 1

【答案】 3d104s1 2 288×1030/da3 sp3雜化 正四面體 CCl4 [Cu(H2O)4] SO4·H2O 18 NA 因為它的氫原子與周圍的硫酸根離子中的氧原子之間形成氫鍵，它的氧原子又和與銅離子配位的水分子的氫原子之間形成氫鍵，總體上構成一種穩定的環狀結構，破壞這個結構需要較高能量

【解析】試題分析：本題考查物質結構與性質，主要考查外圍電子排布式的書寫，晶胞的分析和計算，雜化方式和空間構型的判斷，等電子原理，σ鍵的計算。

（1）Cu的原子序數為29，基態Cu原子核外有29個電子，基態Cu原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，基態Cu原子的外圍電子排布式為3d104s1。

（2）用“均攤法”，白球有：8+1=2個，黑球有：4個，晶體的化學式為Cu2O，黑球為Cu，白球為O，O的配位數為4，Cu的配位數為2。晶胞的體積為（apm）3=（a10-10cm）3，1mol晶體的質量為（a10-10cm）32NAdg/cm3=144g，則阿伏加德羅常數值NA=。

（3）①SO42-中中心原子S上的孤電子對數為（6+2-42）=0，成鍵電子對數為4，價層電子對數為0+4=4，S原子的雜化類型為sp3雜化。SO42-的VSEPR模型為正四面體型，由于S上沒有孤電子對，SO42-的空間構型為正四面體型。用替代法，與SO42-互為等電子體的分子的化學式為SiF4、CCl4等。

②根據圖示膽礬晶體中Cu2+與4個H2O分子形成配位鍵，1個H2O分子在外部，膽礬的化學式用配合物的形式表示為[Cu（H2O）4]SO4·H2O。每個H2O分子中含2個σ鍵，SO42-中含4個σ鍵，1個Cu2+與4個H2O形成4個配位鍵，配位鍵也屬于σ鍵，1mol膽礬中含有σ鍵的物質的量為（4+52+4）mol=18mol，含σ鍵的數目為18NA。

③膽礬晶體受熱失水分三步：首先兩個僅以配位鍵與銅離子結合的水分子最先失去；接著兩個與銅離子以配位鍵結合，并且與外部的一個水分子以氫鍵結合的水分子隨溫度升高而失去；最后失去最外層水分子，即最外層水分子最難失去，根據圖示，這是因為最外層水分子的氫原子與周圍的硫酸根離子中的氧原子之間形成氫鍵，它的氧原子又和與銅離子配位的水分子的氫原子之間形成氫鍵，總體上構成一種穩定的環狀結構，破壞這個結構需要較高能量。