Question

15．（1）科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用．
①CH₄和CO₂所含的三种元素电负性从小到大的顺序为H＜C＜O．
②下列关于CH₄和CO₂的说法正确的是ad（填序号）．
a．固态CO₂属于分子晶体
b．CH₄分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH₄熔点低于CO₂
d．CH₄和CO₂分子中碳原子的杂化类型分别是sp³和sp
③在Ni基催化剂作用下，CH₄和CO₂反应可获得化工原料CO和H₂．
a．基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，该元素位于元素周期表的第VIII族．
b．Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）₄，1mol Ni（CO）₄中含有8molσ键．
（2）早期发现的一种天然准晶颗粒由三种Al、Cu、Fe元素组成．回答下列问题：
①新制备的氢氧化铜可将乙醛氧化为乙酸，而自身还原成氧化亚铜，乙醛中碳原子的杂化轨道类型为sp³、sp²；一摩尔乙醛分子中含有的σ键的数目为：6N_A．乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是：CH₃COOH的相对分子质量大于乙醛并且醋酸存在分子间氢键．
②铝单质为面心立方晶体，其晶胞边长a=0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为12．列式表示铝的晶胞密度$\frac{4×27}{{N}_{A}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3（不必计算出结果） 
③含有NaOH的Cu（OH）₂悬浊液可用于检验醛基，也可用于和葡萄糖反应制备纳米Cu₂O．
a．Cu⁺基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰
b．写出与OH^-互为等电子体的一种分子为HF（填化学式）．
c．铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为12．

Answer 1

分析 （1）①元素的非金属性越强，其电负性越大；
②依据二氧化碳和甲烷的结构以及性质回答；
③a．Ni为28号元素；
b．该配合物的配离子中Ni原子和C原子、CO分子中C原子和O原子之间都存在σ键；
（2）①乙醛中甲基上的C采取sp³杂化类型，醛基中的C采取sp²杂化类型；1个乙醛分子含有6个σ键和一个π键；乙酸分子间可形成氢键导致沸点较高；
②在Al晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通过一个顶点可形成8个晶胞；
③a．Cu⁺核外有28个电子，Cu原子失去1个电子生成Cu⁺，失去的电子数是其最外层电子数，根据构造原理书写Cu⁺基态核外电子排布式；
b．原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，等电子体的结构相似；
c．铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目=3×8×$\frac{1}{2}$．

解答 解：（1）①元素的非金属性越强，其电负性越大，由于非金属性O＞C＞H，故电负性H＜C＜O；
故答案为：H＜C＜O；
②a、二氧化碳属于分子晶体，故a正确；
b、甲烷中含有极性共价键，但是正四面体结构，属于非极性分子，故b错误；
c、二氧化碳熔点高，原因是C与O形成2对共价键，故c错误；
d、甲烷为正四面体形，C原子含有4个σ键，无孤电子对，采取sp³杂化，二氧化碳为直线形，碳氧双键中有1个σ键和1个π键，因此C原子采取sp杂化，故d正确，
故答案为：ad；
③a．Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，处于元素周期表中第四周期第VⅢ族，故答案为：[Ar]3d⁸4s²；VⅢ；
b．该配合物的配离子中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间存在1个σ键，1个π键，1个配位键，因此4个CO有4个σ键，故1mol Ni（CO）₄中含有8molσ键，故答案为：8；
（2）①乙醛中甲基上的C形成4条σ键，无孤电子对，因此采取sp³杂化类型，醛基中的C形成3条σ键和1条π键，无孤电子对，采取sp²杂化类型；1个乙醛分子含有6个σ键和一个π键，则1mol乙醛含有6molσ键，即6N_A个σ键；乙酸分子间可形成氢键，乙醛不能形成氢键，所以乙酸的沸点高于乙醛；
故答案为：sp³、sp²；6N_A；CH₃COOH的相对分子质量大于乙醛并且醋酸存在分子间氢键；
②在Al晶体的一个晶胞中与它距离相等且最近的Al原子在通过这个顶点的三个面心上，面心占$\frac{1}{2}$，通过一个顶点可形成8个晶胞，因此该晶胞中铝原子的配位数为8×3×$\frac{1}{2}$=12；一个晶胞中Al原子数为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，因此Al的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×27}{{N}_{A}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：12；$\frac{4×27}{{N}_{A}×（0.405×1{0}^{-7}）^{3}}$；
③a．Cu⁺核外有28个电子，Cu原子失去1个电子生成Cu⁺，失去的电子数是其最外层电子数，根据构造原理知Cu⁺基态核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰ ；
b．原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，与OH^-互为等电子体的一种分子为HF，
故答案为：HF；
c．铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目=3×8×$\frac{1}{2}$=12，
故答案为：12．

点评 本题考查晶胞计算等，涉及晶体的性质、原子核外电子排布规律、共价键类型、氢键、杂化类型、配位数及密度的计算，综合性非常强，题目难度中等，其中晶胞配位数以及密度的计算是本题的难点．