Question

18．利用銅萃取劑M，通過(guò)如下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)銅離子的富集：

（1）X難溶于水、易溶于有機(jī)溶劑，其晶體類型為分子晶體．
（2）X中非金屬元素原子的第一電離能由大到小順序?yàn)镺＞N＞C＞H．其中第一電離能最大的原子的雜化方式分別為sp²
（3）上述反應(yīng)中斷裂和生成的化學(xué)鍵有be（填序號(hào)）．
a．離子鍵      b．配位鍵      c．金屬鍵      d．范德華力      e．共價(jià)鍵
（4）M與W（分子結(jié)構(gòu)如圖1）相比，M的水溶性小，更利于Cu²⁺的萃�。甅水溶性小的主要原因是M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減�。�
（5）如圖2為碳化硅的晶胞（其中●為碳原子，○為硅原子）．
①三個(gè)碳原子和三個(gè)硅原子相間構(gòu)成一個(gè)椅式（船、椅）六元環(huán)．
②如果我們以一個(gè)硅原子為中心，則與硅原子次近的第二層有12個(gè)原子．
③已知：碳原子半徑為a×10^-8cm，硅子半徑為b×10^-8cm，假設(shè)碳、硅原子是剛性小球，在晶體中彼此相切，計(jì)算碳化硅晶體的密度為$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$g/cm³（只要求列出算式），查表知該密度比實(shí)測(cè)值偏小，其原因可能是密度偏小，說(shuō)明實(shí)際晶胞的體積下小于計(jì)算值，實(shí)際上碳、硅原子之間形成共價(jià)鍵，而不是相切是相交，碳、硅原子間的距離比兩個(gè)原子半徑之和�。�

Answer 1

分析 （1）X難溶于水、易溶于有機(jī)溶劑，符合分子晶體的性質(zhì)；
（2）非金屬性越強(qiáng)第一電離能越大，同周期隨原子序數(shù)增大元素第一電離能增大，氮元素2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的；結(jié)合雜化軌道數(shù)目判斷雜化方式；
（3）酚羥基中O-H間斷裂，銅離子與O原子、N原子之間形成配位鍵；
（4）分子內(nèi)氫鍵的存在，導(dǎo)致水溶性減小，物質(zhì)與水分子之間形成氫鍵，可以增大溶解性；
（5）①三個(gè)碳原子和三個(gè)硅原子相間構(gòu)成一個(gè)六元環(huán)為圖中紅線連接的原子，為椅式結(jié)構(gòu)；
②距離中心Si最近的第一層的4個(gè)C原子，每一個(gè)又連接著另外3個(gè)Si原子；
③黑色球連接周圍的4個(gè)白色球形成正四面體結(jié)構(gòu)，黑色球位于正四面體的中心，黑色球與晶胞頂點(diǎn)白色球連線處于晶胞體對(duì)角線上，且二者之間距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，而晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，據(jù)此算晶胞棱長(zhǎng)，根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中Si、C原子數(shù)目，表示出晶胞的質(zhì)量，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶體密度；
Si、C原子之間形成共價(jià)鍵，原子間距小于二者原子半徑之和，計(jì)算的體積比實(shí)際體積偏大．

解答 解：（1）X難溶于水、易溶于有機(jī)溶劑，符合分子晶體的性質(zhì)，故X為分子晶體，故答案為：分子；
（2）非金屬性越強(qiáng)第一電離能越大，同周期隨原子序數(shù)增大元素第一電離能增大，氮元素2p軌道為半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能N＞O＞C＞H，
由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知N原子共形成3對(duì)共價(jià)鍵，其中1個(gè)為配位鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3，故N原子采取sp²雜化，
故答案為：O＞N＞C＞H；sp²雜化；
（3）M中酚羥基中O-H間斷裂，銅離子與O原子、N原子之間形成配位鍵，故選：be；
（4）由于M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減小，故答案為：M能形成分子內(nèi)氫鍵，使溶解度減�。�
（5）①三個(gè)碳原子和三個(gè)硅原子相間構(gòu)成一個(gè)六元環(huán)為圖中紅線連接的原子，為椅式結(jié)構(gòu)，
故答案為：椅；
②距離中心Si最近的第一層的4個(gè)C原子，每一個(gè)又連接著另外3個(gè)Si原子，則與硅原子次近的第二層有12個(gè)原子，
故答案為：12；
③黑色球連接周圍的4個(gè)白色球形成正四面體結(jié)構(gòu)，黑色球位于正四面體的中心，黑色球與晶胞頂點(diǎn)白色球連線處于晶胞體對(duì)角線上，且二者之間距離為體對(duì)角線長(zhǎng)度的$\frac{1}{4}$，而晶胞體對(duì)角線長(zhǎng)度為晶胞棱長(zhǎng)的$\sqrt{3}$倍，故晶胞棱長(zhǎng)為（a×10^-8cm+b×10^-8cm）×4÷$\sqrt{3}$，晶胞中C原子數(shù)目為4，Si原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故晶胞質(zhì)量為4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g，故晶體密度為4×$\frac{12+28}{{N}_{A}}$g÷[（a×10^-8cm+b×10^-8cm）×4÷$\sqrt{3}$]³=$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$g/cm³，
密度偏小，說(shuō)明實(shí)際晶胞的體積下小于計(jì)算值，實(shí)際上碳、硅原子之間形成共價(jià)鍵，而不是相切是相交，碳、硅原子間的距離比兩個(gè)原子半徑之和小，
故答案為：$\frac{160}{{N}_{A}×[\frac{4（a+b）}{\sqrt{3}}×1{0}^{-8}]^{3}}$；密度偏小，說(shuō)明實(shí)際晶胞的體積下小于計(jì)算值，實(shí)際上碳、硅原子之間形成共價(jià)鍵，而不是相切是相交，碳、硅原子間的距離比兩個(gè)原子半徑之和�。�

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及晶體類型與性質(zhì)、電離能、雜化方式判斷、化學(xué)鍵、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，（5）中問(wèn)題為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度較大．