Question

由CO与H₂催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一．
（1）上述反应的催化剂常用第四周期两种金属元素的化合物，其中一种元素的原子L层电子数与最外层电子数之比为4：1，d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，它的元素符号为______，其+2价离子的核外电子排布式是______．
（2）根据等电子原理，写出CO分子的结构式______．
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛．
①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是______；
②甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为______．甲醛分子的空间构型是______； 1mol甲醛分子中σ键的数目为______．
（4）上述反应的催化剂另一种是铜元素的化合物．已知铜的重要化合物胆矾CuSO₄•5H₂O可写成[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，其结构示意图如：下列说法正确的是______（填字母）．
A．在上述结构示意图中，所有氧原子都采用sp³杂化
B．在上述结构示意图中，存在配位键、共价键和离子键
C．胆矾是分子晶体，分子间存在氢键
D．胆矾中的水在不同温度下会分步失去．

Answer

（1）L层电子数与最外层电子数之比为4：1，d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，该元素位于第四周期可知该元素为Zn，根据锌的原子序数和构造原理来书写基态Zn原子的核外电子排布式；
（2）根据等电子原理来书写CO的结构式；
（3）①利用氢键来解释物质的沸点；
②利用甲醛中的成键来分析碳原子的杂化类型；利用杂化类型来分析空间结构，并利用判断σ键的规律来分析σ键数目；
（4）根据结构示意图中氧原子是否都是饱和氧原子，存在O→Cu配位键，H-O、S-O共价键和Cu、O离子键，胆矾属于离子晶体以及胆矾晶体中水两类，一类是形成配体的水分子，一类是形成氢键的水分子等角度分析．
【解析】
（1）L层电子数与最外层电子数之比为4：1，L层不是最外层电子数为8，那么最外层电子数为2．d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1，说明d轨道中的电子数为10．该元素位于第四周期可知该元素为Zn，故答案为：Zn；1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10．
（2）依据等电子原理，可知CO与N2为等电子体，N2分子的结构式为N≡N，互为等电子体分子的结构相似，则CO的结构式为C≡O，故答案为：C≡O；
（3）①甲醇分子之间形成了分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有形成氢键，故甲醇的沸点高；故答案为：甲醇分子之间形成氢键；
②甲醛分子中含有碳氧双键，共有3个σ键，则碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化；因甲醛中碳原子采取sp2杂化，则分子的空间构型为平面三角形；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢σ键，1mol碳氧σ键，故含有σ键的数目为3NA；
故答案为：sp2杂化；平面三角形；3NA；
（4）A．氧原子并不都是sp3杂化，该结构中的氧原子部分饱和，部分不饱和，杂化方式不同．从现代物质结构理论出发，硫酸根离子中S和非羟基O之间除了形成1个σ键之外，还形成了反馈π键．形成π键的电子不能处于杂化轨道上，O必须保留未经杂化的p轨道，就不可能是sp3杂化，故A错误；
B．在上述结构示意图中，存在O→Cu配位键，H-O、S-O共价键和Cu、O离子键，故B正确；
C．胆矾是五水硫酸铜，胆矾是由水合铜离子及硫酸根离子构成的，属于离子晶体，故C错误；
D．由于胆矾晶体中水两类，一类是形成配体的水分子，一类是形成氢键的水分子，结合上有着不同，因此受热时也会因温度不同而得到不同的产物，故D正确．
故选BD．