Question

1．【化學-選修3：物質結構與性質】
（1）原高碘酸鹽（IO₆^5-）、過二硫酸鹽（S₂O₈^2-）、二氧化鉛（PbO₂）是三種具有強氧化性的物質，均能在一定條件下將Mn²⁺氧化為高錳酸鹽．回答下列問題：
①基態(tài)錳原子能量最高能級電子排布圖為．
②過二硫酸根離子中兩個硫原子間存在過氧鍵，寫出過硫酸根離子的結構簡式．
③碳酸鹽在一定溫度下會發(fā)生分解，實驗證明碳酸鹽的陽離子不同，分解溫度不同，如表所示：

碳酸鹽	MgCO3	CaCO3	BaCO3	SrCO3
熱分解溫度/℃	402	900	1172	1360
陽離子半徑/pm	66	99	112	135

試解釋為什么隨著陽離子半徑的增大，碳酸鹽的分解溫度逐步升高？
（2）利用銅萃取劑M，通過如下反應實現(xiàn)銅離子的富集：

①X難溶于水、易溶于有機溶劑，其晶體類型為分子晶體．
②X中以sp²雜化、sp³雜化的原子的第一電離能由大到小順序為N＞O＞C．
③上述反應中斷裂和生成的化學鍵有be（填序號）．
a．離子鍵    b．配位鍵    c．金屬鍵    d．范德華力    e．共價鍵    f．氫鍵
④M與W（分子結構如圖）相比，M的水溶性小，更利于Cu²⁺的萃取．M水溶性小的主要原因是M能形成分子內氫鍵，使溶解度減小．

（3）納米TiO₂是一種應用廣泛的催化劑，其催化的一個實例如圖．化合物乙中手性碳原子有1個，化合物乙的沸點明顯高于化合物甲，主要原因是化合物乙分子間形成氫鍵．化合物乙中采取sp³雜化的原子的電負性由大到小的順序為O＞N＞C．

（4）常壓下，水冷卻至0℃以下，即可結晶成六方晶系的冰．日常生活中見到的冰、霜和雪等都是屬于這種結構，其晶胞如圖所示（只顯示氧原子，略去氫原子），晶胞參數(shù)側棱c=737pm，菱形底邊a=452pm，底面菱形的銳角是60°．則：冰的密度=ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{a}^{2}•sin60°}$=$\frac{\frac{18×4}{6.02×1{0}^{23}}}{45{2}^{2}×737×0.866×（1{0}^{-10}）^{3}}$=0.917 g/cm³（代值列計算式）．

Answer 1

分析 （1）①基態(tài)Mn原子的核外電子排布式為：1s² 2s² sp⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵，故基態(tài)錳原子能量最高能級為3d，據(jù)此畫出3d電子的核外電子排布圖；
②S₂O₈^2-中存在一個過氧鍵（-O-O-）、S-O鍵、S=O鍵，據(jù)此寫出過硫酸根離子的結構簡式；
③分解本質是陽離子結合碳酸根離子中氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳，陽離子半徑越小，其結合氧離子能力越強
（2）①依據(jù)X的結構簡式判斷其晶體類型；
②元素的非金屬性越強，電負性越強；即同周期自左而右電負性增大；同一主族元素從上到下電負性逐漸減��；
③由結構簡式可知X分子中存在配位鍵和共價鍵，據(jù)此解答即可；
④分子內氫鍵的存在，導致水溶性減小，據(jù)此解答即可；
（3）先根據(jù)手性碳原子指連有四個不同基團的碳原子，手性碳原子判斷注意：手性碳原子一定是飽和碳原子；手性碳原子所連接的四個基團要是不同的，然后根據(jù)手性分子是含有手性碳原子的分子；化合物甲與化合物乙均為分子晶體，但化合物乙分子間可形成氫鍵；化合物乙中C、N、O三種原子的雜化軌道形成均為sp³，同周期自左而右電負性增大；
（4）冰晶胞中頂點有8個分子，棱上有4個分子，體內有2個分子，晶胞中含有水分子的個數(shù)為：8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+2=4，然后根據(jù)冰的密度ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）①基態(tài)Mn原子的核外電子排布式為：1s² 2s² sp⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵，則基態(tài)錳原子能量最高能級為3d，其基態(tài)錳原子能量最高能級電子排布圖為，
故答案為：；

②過二硫酸離子中存在1個過氧鍵（-O-O-）、4個S=O鍵，4個S-O鍵，則該離子的結構簡式為，
故答案為：；
③由于碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結合碳酸根離子中氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結合氧離子能力越強，對應的碳酸鹽就越容易分解，
故答案為：碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結合碳酸根離子中氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結合氧離子能力越強，對應的碳酸鹽就越容易分解；
（2）①依據(jù)所給X的結構簡式判斷，X難溶于水、易溶于有機溶劑，故X為分子晶體，
故答案為：分子晶體；
②化合物X中苯環(huán)C和羰基C以sp²雜化，以sp³雜化方式的原子有O、N、C，由于N原子2p軌道半充滿，第一電離能高于O，第一電離能由大到小順序為：N＞O＞C，
故答案為：N＞O＞C；                     
③由結構簡式可知X分子中存在配位鍵和共價鍵，
故選：be；              
④由于M能形成分子內氫鍵，導致其溶解度減小，
故答案為：M能形成分子內氫鍵，使溶解度減小；
（3）手性碳原子指連有四個不同基團的碳原子，化合物乙中滿足的條件的只有一個C原子；
化合物乙因分子間存在氫鍵，則化合物乙的沸點比化合物甲高，化合物乙中C、N、O三種原子的雜化軌道形成均為sp³，同周期自左而右電負性增大，故電負性：O＞N＞C，
故答案為：化合物乙分子間形成氫鍵；O＞N＞C；
（4）冰晶胞中頂點有8個分子，棱上有4個分子，體內有2個分子，晶胞中含有水分子的個數(shù)為：8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+2=4，根據(jù)冰的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{a}^{2}•sin60°}$=$\frac{\frac{18×4}{6.02×1{0}^{23}}}{45{2}^{2}×737×0.866×（1{0}^{-10}）^{3}}$=0.917g•cm³，
故答案為：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{{a}^{2}•sin60°}$=$\frac{\frac{18×4}{6.02×1{0}^{23}}}{45{2}^{2}×737×0.866×（1{0}^{-10}）^{3}}$=0.917．

點評 本題考查較為綜合，涉及晶胞計算、電負性比較、原子核外電子排布圖、氫鍵、化學鍵、原子雜化類型等知識，題目濃度較大，注意掌握均攤法在晶胞計算中的應用，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．