Question

【題目】2019年度諾貝爾化學獎授予美國得州大學奧斯汀分校JohnB.Goodenough教授等人，以表彰其在鋰離子電池的發展方面作出的突出貢獻。研究表明：Li-Cu4O(PO4)2電池的正極的活性物質Cu4O(PO4)2制備的原理為：2Na3PO4+4CuSO4+2NH3·H2O=Cu4O(PO4)2↓+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O。請回答：

（1）在周期表中，與Li的化學性質最相似的鄰族元素在周期表中位置是__。

（2）Cu4O(PO4)2中Cu2+基態電子排布式為__，PO43-的空間構型是___。

（3）在硫酸銅溶液中加入過量KCN，生成配合物[Cu(CN)4]2-，則[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵與π鍵的數目比為__。

（4）(NH4)2SO4中電負性最大的元素是__。所含化學鍵的類型有__。

（5）冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，如圖：

①每個冰晶胞平均占有__個水分子，冰的熔點遠低于金剛石熔點的原因是__。

②在氣相中NH3易與H2O通過氫鍵以水合物形式存在。試寫出水合物NH3·H2O的結構式：__。

（6）如圖甲所示為二維平面晶體示意圖。其中表示CuCl2的晶體結構的是___（填“a”或“b”）。金屬銅的晶胞如圖乙所示，銅原子的配位數是__。若此晶胞立方體的邊長為apm，金屬銅的密度為ρg·cm-3，則阿伏加德羅常數可表示為___mol-1（用含a、ρ的代數式表示）。

Answer 1

【答案】第三周期ⅡA族 [Ar]3d9 正四面體 1:1 O 離子鍵、配位鍵、共價鍵（極性鍵） 8 熔化時克服的分子間作用力不同，冰是氫鍵和分子間作用力，金剛石是共價鍵 或 a 12

【解析】

根據對角線規則確定相似元素在周期表中的位置；根據核外電子排布規律確定粒子的電子排布式；根據VSEPR模型確定粒子的空間構型；元素的電負性，同周期自左至右，元素的電負性逐漸增大，同一主族，從上到下，元素電負性逐漸減小，據此規律進行分析；根據均攤法確定晶體中粒子的個數；據此分析。

(1)根據對角線相似規律，周期表中位于對角線位置的元素性質相似可知，在周期表中，與Li的化學性質最相似的鄰族元素為Mg元素，Mg元素在周期表中位置是第三周期ⅡA族，答案為：第三周期ⅡA族；

(2)Cu元素的原子序數為29，其基態電子排布式為：[Ar]3d104s1，失去2個電子后，Cu2+基態電子排布式為：[Ar]3d9；PO43-中其中心原子P原子的孤電子對數=，價電子對數為4，則PO43-的空間構型是正四面體型。答案為：[Ar]3d9；正四面體型；

(3)1個[Cu(CN)4]2-中含有4個配位鍵，CN-含有碳氮三鍵，其中1個是σ鍵，另外2個是π鍵，則配合物[Cu(CN)4]2-中含有的σ鍵與π鍵的數目比為8:8=1:1；答案為：1:1；

(4)根據同周期自左至右，元素的電負性逐漸增大，同一主族，從上到下，元素電負性逐漸減小，可知(NH4)2SO4中電負性最大的元素是O；(NH4)2SO4中存在N-H極性共價鍵和S-O極性共價鍵，銨根離子與硫酸根離子之間存在離子鍵，中N原子提供電子對，其中1個H原子提供空軌道，故中還存在配位鍵，由此可知，(NH4)2SO4中存在離子鍵、配位鍵、共價鍵（極性鍵）；答案為：O；離子鍵、配位鍵、共價鍵（極性鍵）；

(5)①由冰晶胞結構可知，每個冰晶胞中含有的水分子數目為，故每個冰晶胞中平均占有8個水分子；水分子中含有共價鍵、氫鍵和分子間作用力，金剛石中的化學鍵為共價鍵，二者融化時，破壞的作用力不同，金剛石融化需要破壞共價鍵，而冰融化需要破壞氫鍵和分子間作用力，故冰的熔點遠低于金剛石熔點。答案為：8；熔化時克服的分子間作用力不同，冰是氫鍵和分子間作用力，金剛石是共價鍵；

②由于NH3分子是三角錐形，N原子易提供孤電子對，所以，必以空間阻力最小，結構最穩定的方式形成氫鍵，則水合物NH3·H2O的結構式可表示為：或；答案為：或；

(6)分析圖甲中的a圖，每白色小球被3個黑球共用，每一個黑球被6個白球共用，則黑色小球和白色小球個數之比為；b圖中每個白色小球被2個黑色小球共用，每個黑色小球被6個白色小球共用，則黑色小球和白色小球個數之比=，故表示CuCl2的晶體結構的是a圖；金屬晶體中金屬原子的配位數即為距離該原子最近的金屬原子的數目，在Cu的晶胞中，頂點原子為8個晶胞共用。面上的銅原子為2個晶胞共用，因此，金屬銅的一個晶胞的原子數為，在Cu的晶胞中，與每個頂點的Cu原子距離相等的銅原子共有12個，因此其配位數為12；由題可知，晶胞體積應為a3pm3，一個晶胞中含4個Cu原子，則一個晶胞的質量=，根據m=ρV，則有：，故NA=；答案為：a；12；。