Question

5．鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測定鋼中錳的含量，反應(yīng)原理為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
（1）基態(tài)錳原子的核外電子排布式為[Ar]3d⁵4s²
（2）上述反應(yīng)涉及的元素屬干同主族元素，其第一電離能由大到小的順序?yàn)镺＞S
（3）已知H₂S₂O₈的結(jié)構(gòu)如圖．
①H₂S₂O₈硫原子的軌道雜化方式為sp³
②上述反應(yīng)中被還原的元素為S
③上述反應(yīng)每生成1mol MnO₄^-則 S₂O₈^2- 斷裂的共價鍵數(shù)目為2.5N_A
（4）一定條件下，水分子間可通過O一H…O氫鍵將從H2O分子結(jié)合成三維骨架結(jié)構(gòu)，其中的多面體孔穴中可包容氣體小分子，形成 籠形水合包合物晶體
①如是一種由水分子構(gòu)成的正十二面體骨架（“o”表示水分子），其包含的氫鍵數(shù)30
②實(shí)驗(yàn)測得冰中氫鍵的作用能為18.8目kJ•mol^-1，而冰的熔化熱為5.0kJ•mol^-1，其原因可能是液態(tài)水中仍含有大量氫鍵．

Answer 1

分析 （1）錳原子序數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則綜合考慮，寫出核外電子排布式；
（2）反應(yīng)2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺中，涉及的元素屬干同主族元素為O和S，同主族，自上而下第一電離能降低；
（3）①根據(jù)價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對，結(jié)合S₂O₈ ^2-結(jié)構(gòu)判斷雜化類型；
②氧化還原反應(yīng)中，元素的化合價降低，被還原；
③活潑金屬和活潑非金屬元素之間易形成離子鍵，不同非金屬元素之間易形成極性鍵、同種非金屬元素之間易形成非極性鍵，根據(jù)S₂O₈ ^2-結(jié)構(gòu)分析解答；
（4）①由此結(jié)構(gòu)可知，此單元中含有水分子的個數(shù)為：20，其中每個水分子屬于三個五元環(huán)，據(jù)此計(jì)算氫鍵；
②冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵．

解答 解：（1）錳原子序數(shù)為25，質(zhì)子數(shù)為25，原子核外電子數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則，Mn的電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，
故答案為：[Ar]3d⁵4s²；
（2）同主族自上而下第一電離能減小，O、S同主族，所以第一電離能由大到小的順序?yàn)镺＞S，故答案為：O＞S；
（3）①H₂S₂O₈中，硫原子價層電子對數(shù)=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+$\frac{1}{2}$（6-4×1-2）=4，所以采取sp³雜化，
故答案為：sp³雜化；
②該反應(yīng)中，Mn元素的化合價升高（+2→+7），S元素的化合價降低（+7→+6），所以被還原的元素為S，
故答案為：S；
③由反應(yīng)可知，Mn元素的化合價升高（+2→+7），S元素的化合價降低（+7→+6），生成10molSO₄^2-轉(zhuǎn)移電子10mol電子，則每生成1 mol MnO₄^-，轉(zhuǎn)移電子5mol電子，S₂O₈ ^2-斷裂2.5mol（或2.5N_A）O-O間非極性共價鍵，
故答案為：2.5N_A；
（4）①由此結(jié)構(gòu)可知，此單元中含有水分子的個數(shù)為：20，其中每個水分子形成的氫鍵屬于2個五元環(huán)，故每個水分子形成氫鍵個數(shù)為：$\frac{3}{2}$，故總共形成氫鍵數(shù)為：20×$\frac{3}{2}$=30，
故答案為：30；
②冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵，
故答案為：液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵．

點(diǎn)評 本題考查核外電子排布、氧化還原反應(yīng)、第一電離能、雜化、共價鍵類型、晶胞的計(jì)算等知識點(diǎn)，氧化還原反應(yīng)須把握反應(yīng)中元素的化合價變化，熟練應(yīng)用雜化理論，掌握第一電離能變化規(guī)律為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．