Question

2．第四周期過渡元素Mn、Fe、Ti可與C、H、O形成多種化合物．
（1）下列敘述正確的是AD．（填字母）
A．HCHO與水分子間能形成氫鍵
B．HCHO和CO₂分子中的中心原子均采用sp²雜化
C．苯分子中含有 6個σ鍵和1個大π鍵，苯是非極性分子
D．CO₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低
（2）Mn和Fe的部分電離能數(shù)據(jù)如下表：

元素		Mn	Fe
電離能/kJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Mn元素價電子排布式為3d⁵4s²，氣態(tài) Mn²⁺再失去一個電子比氣態(tài) Fe²⁺再失去一個電子難，其原因是由Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少．
（3）鐵原子核外有26種運動狀態(tài)不同的電子．
（4）根據(jù)元素原子的外圍電子排布的特征，可將元素周期表分成五個區(qū)域，其中Ti屬于d區(qū)．
（5）Ti的一種氧化物X，其晶胞結構如圖所示，則X的化學式為TiO₂．
（6）電鍍廠排放的廢水中常含有劇毒的CN^-離子，可在X的催化下，先用NaClO將CN^-氧化成CNO^-，再在酸性條件下CNO^-繼續(xù)被 NaClO氧化成N₂和CO₂．
①H、C、N、O四種元素的電負性由小到大的順序為H＜C＜N＜O
②與CNO^-互為等電子體微粒的化學式為CO₂或N₂O或SCN^-（寫出一種即可）．
③氰酸（HOCN）是一種鏈狀分子，它與異氰酸（HNCO）互為同分異構體，其分子內(nèi)各原子最外層均已達到穩(wěn)定結構，試寫出氰酸的結構式N≡C-O-H．

Answer 1

分析 （1）A．甲醛中氧元素電負性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵；
B．CH₂O分子中C原子形成3個σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個σ鍵，均沒有孤電子對；
C．C₆H₆分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵；
D．二氧化碳晶體屬于分子晶體，二氧化硅屬于原子晶體．
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構造原理書寫其價電子排布式；原子軌道處于半滿、全滿、全空時能量更低穩(wěn)定；
（3）原子核外沒有運動狀態(tài)相同的電子；
（4）元素周期表根據(jù)元素原子的外圍電子排布的特征分成五個區(qū)域：s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、f區(qū)，s區(qū)為第ⅠA、ⅡA族，p區(qū)為第ⅢA到零族，d區(qū)包括從第ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ八族，ds區(qū)為第ⅠB、ⅡB族，f區(qū)為鑭系和錒系；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中Ti、O原子數(shù)目，進而確定化學式；
（6）①同周期從左向右電負性逐漸增大，非金屬性越強電負性越大；
②原子數(shù)目相等、價電子總數(shù)也相等的微�；�為等電子體；
③碳形成4個共價鍵，氮為三個共價鍵，氧形成2個共價鍵，氫形成1個共價鍵，氰酸（HOCN）是一種鏈狀分子，且其分子內(nèi)各原子最外層均已達到穩(wěn)定結構，故N≡C-O-H．

解答 解：（1）A．甲醛中氧元素電負性很大，與水分子中H原子可以形成氫鍵，故A正確；
B．CH₂O分子中C原子形成3個σ鍵，而CO₂分子中C原子形成2個σ鍵，均沒有孤電子對，HCHO分子中C原子采用sp²雜化，二氧化碳分子中C原子為sp雜化，故B錯誤；
C．C₆H₆分子中含有12個σ鍵和1個大π鍵，故C錯誤；
D．二氧化碳晶體是分子晶體，二氧化硅晶體是原子晶體，所以CO₂晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低，故D正確，
故答案為：AD；
（2）Mn元素的原子序數(shù)是24號元素，其原子核外有24個電子，根據(jù)構造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，其價電子排布式為3d⁵4s²，
Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少，
故答案為：3d⁵4s²；由Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能級由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對要少；
（3）Fe原子核外電子數(shù)為26，原子核外沒有運動狀態(tài)相同的電子，即鐵原子核外有26種運動狀態(tài)不同的電子，
故答案為：26；
（4）Ti處于第四周期第ⅣB族，屬于d區(qū)元素，
故答案為：d；
（5）每個晶胞中含有鈦原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+1=2，氧原子數(shù)為4×$\frac{1}{2}$+2=4，故化學式為TiO₂，
故答案為：TiO₂；
（6）①同周期從左向右電負性逐漸增大，非金屬性越強電負性越大，故電負性大小為H＜C＜N＜O，
故答案為：H＜C＜N＜O；
②與CNO^-互為等電子體微粒含有3個原子、價電子總數(shù)為16，故與CNO^-互為等電子體微粒的化學式CO₂、N₂O、SCN^-等，
故答案為：CO₂或N₂O或SCN^-；
③碳形成4個共價鍵，氮為三個共價鍵，氧形成2個共價鍵，氫形成1個共價鍵，氰酸（HOCN）是一種鏈狀分子，且其分子內(nèi)各原子最外層均已達到穩(wěn)定結構，故N≡C-O-H，
故答案為：N≡C-O-H．

點評 本題是對物質(zhì)結構與性質(zhì)的考查，涉及氫鍵、雜化方式、化學鍵、電負性、核外電子排布、等電子體、晶胞計算等，是對物質(zhì)結構主干知識的綜合考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．