Question

6．第四周期过渡元素Mn、Fe、Ti、Ni可与C、H、O形成多种化合物．
（1）下列叙述正确的是AD．（填字母）
A．CH₂O与水分子间能形成氢键
B．CH₂O和CO₂分子中的中心原子均采用sp²杂化
C．C₆H₆分子中含有6个σ键和1个大π键，C₆H₆是非极性分子
D．CO₂晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
（2）Mn和Fe的部分电离能数据如下表：

元    素		Mn	Fe
电离能 /kJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Mn原子价电子排布式为3d⁵4s²，气态Mn²⁺再失去一个电子比气态Fe²⁺再失去一个电子难，其原因是由Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多，而Fe²⁺到Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶到稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少．
（3）根据元素原子的外围电子排布，可将元素周期表分区，其中Ti属于d区．Ti的一种氧化物X，其晶胞结构如图1所示，则X的化学式为TiO₂．

（4）某铁的化合物结构简式如图2所示
①组成上述化合物中各非金属元素电负性由大到小的顺序为O＞N＞C＞H （用元素符号表示）
②在图2中用“→”标出亚铁离子的配位键．
（5）NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni²⁺与最邻近O^2-的配位数为6，这几个O^2-构成的空间构型为正八面体．已知Ni²⁺与O^2-的核间距为anm，NiO的摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数用N_A表示，则该晶体的密度为$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³．

Answer 1

分析 （1）A．甲醛中氧元素电负性很大，与水分子中H原子可以形成氢键；
B．CH₂O分子中C原子形成3个σ键，而CO₂分子中C原子形成2个σ键，均没有孤电子对；
C．C₆H₆分子中含有12个σ键和1个大π键；
D．二氧化碳晶体属于分子晶体，二氧化硅属于原子晶体．
（2）Mn元素的原子序数是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写其价电子排布式；原子轨道处于半满、全满、全空时能量更低稳定；
（3）元素周期表根据元素原子的外围电子排布的特征分成五个区域：s区、p区、d区、ds区、f区，s区为第ⅠA、ⅡA族，p区为第ⅢA到零族，d区包括从第ⅢB族～ⅦB族、第Ⅷ八族，ds区为第ⅠB、ⅡB族，f区为镧系和锕系；
根据均摊法计算晶胞中Ti、O原子数目，进而确定化学式；
（4）①同周期从左向右电负性逐渐增大，非金属性越强电负性越大；
②形成8电子稳定结构时，N原子形成3个共价键，微粒中N原子形成4个键，其中1个是N原子与亚铁离子形成的配位键；
（5）NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，离子配位数为6；
以晶胞体心的Ni²⁺研究，与之最邻近的6个O^2-位于面心，这几个O^2-构成的空间构型为正八面体；
已知Ni²⁺与O^2-的核间距为a nm，则晶胞棱长为2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-离子数目均为4，表示出晶胞的质量，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体密度．

解答 解：（1）A．甲醛中氧元素电负性很大，与水分子中H原子可以形成氢键，故A正确；
B．CH₂O分子中C原子形成3个σ键，而CO₂分子中C原子形成2个σ键，均没有孤电子对，HCHO分子中C原子采用sp²杂化，二氧化碳分子中C原子为sp杂化，故B错误；
C．C₆H₆分子中含有12个σ键和1个大π键，故C错误；
D．二氧化碳晶体是分子晶体，二氧化硅晶体是原子晶体，所以CO₂晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低，故D正确，
故答案为：AD；
（2）Mn元素的原子序数是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d⁵4s²，其价电子排布式为3d⁵4s²，
Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多，而Fe²⁺到Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶到稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少，
故答案为：3d⁵4s²；由Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多，而Fe²⁺到Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶到稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少；
（3）Ti处于第四周期第ⅣB族，属于d区元素，每个晶胞中含有钛原子数为8×$\frac{1}{8}$+1=2，氧原子数为4×$\frac{1}{2}$+2=4，故化学式为TiO₂，
故答案为：d；TiO₂；
（4）①同周期从左向右电负性逐渐增大，非金属性越强电负性越大，故电负性大小为O＞N＞C＞H，
故答案为：O＞N＞C＞H；
②形成8电子稳定结构时，N原子形成3个共价键，微粒中N原子形成4个键，其中1个是N原子与亚铁离子形成的配位键，标出配位键为：，
故答案为：；
（5）NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni²⁺与最邻近O^2-的配位数为6，以晶胞体心的Ni²⁺研究，与之最邻近的6个O^2-位于面心，这几个O^2-构成的空间构型为正八面体；
Ni²⁺与O^2-的核间距为a nm，则晶胞棱长为2a nm，晶胞中Ni²⁺、O^2-离子数目均为4，晶胞的质量为6×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$，则晶体密度为4×$\frac{Mg/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$÷（2a×10^-7cm）³=$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案为：6；正八面体；$\frac{M×1{0}^{21}}{2{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及氢键、杂化方式、化学键、电负性、核外电子排布、晶胞计算等，是对物质结构主干知识的综合考查，需要学生具备扎实的基础，注意识记中学常见晶胞结构，难度中等．