Question

【題目】[2017新課標Ⅲ]研究發(fā)現(xiàn)，在CO2低壓合成甲醇反應（CO2+3H2=CH3OH+H2O）中，Co氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應用前景。回答下列問題：

（1）Co基態(tài)原子核外電子排布式為_____________。元素Mn與O中，第一電離能較大的是_________，基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)較多的是_________________。

（2）CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為__________和__________。

（3）在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為_________________，原因是______________________________。

（4）硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外，還存在________。

（5）MgO具有NaCl型結構（如圖），其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a=0.420 nm，則r(O2-)為________nm。MnO也屬于NaCl型結構，晶胞參數(shù)為a' =0.448 nm，則r(Mn2+)為________nm。

Answer 1

【答案】（1）1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2 O Mn

（2）sp sp3

（3）H2O>CH3OH>CO2>H2 H2O與CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多；CO2與H2均為非極性分子，CO2分子量較大、范德華力較大

（4）離子鍵和π鍵（或鍵）

（5）0.148 0.076

【解析】（1）Co是27號元素，位于元素周期表第4周期第VIII族，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。元素Mn與O中，由于O元素是非金屬元素而Mn是金屬元素，所以第一電離能較大的是O。O元素的基態(tài)原子價電子排布式為2s22p4，所以其核外未成對電子數(shù)是2，而Mn元素的基態(tài)原子價電子排布式為3d54s2，所以其核外未成對電子數(shù)是5，因此核外未成對電子數(shù)較多的是Mn。

（2）CO2和CH3OH的中心原子C原子的價層電子對數(shù)分別為2和4，所以CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為sp和sp3。

（3）在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為H2O>CH3OH>CO2>H2，原因是常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；H2O與CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多，所以水的沸點高于甲醇；CO2與H2均為非極性分子，CO2分子量較大、范德華力較大，所以CO2的沸點較高。

（4）硝酸錳是離子化合物，硝酸根和錳離子之間形成離子鍵，硝酸根中N原子與3個氧原子形成 3個σ鍵，硝酸根中有一個氮氧雙鍵，所以還存在π鍵。

（5）因為O2－是面心立方最密堆積方式，面對角線是O2－半徑的4倍，即4r(O2－)=a，解得r(O2－)= nm=0.148 nm；MnO也屬于NaCl型結構，根據(jù)晶胞的結構，晶胞參數(shù)=2 r(O2－)+2 r(Mn2+)，則r(Mn2+)=(0.448 nm-2×0.148 nm)/2=0.076 nm。