Question

6．过渡金属元素及其化合物的应用研究是目前科学研究的前沿之一．试回答下列问题：
（1）二氧化钛作光催化剂能将居室污染物甲醛、苯等有害气体转化为二氧化碳和水，达到无害化．有关甲醛、苯、二氧化碳及水说法正确的是ACD．
A．苯与B₃N₃H₆互为等电子体，且分子中原子共平面
B．甲醛、苯和二氧化碳中碳原子均采用sp²杂化
C．苯、二氧化碳是非极性分子，水和甲醛是极性分子
D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键
（2）二茂铁又叫双环戊二烯基铁[化学式：Fe（C₅H₅）₂]，结构如1图所示，是一种具有芳香族性质的有机金属化合物．外观为橙色，熔点为172℃，沸点249℃，100℃以上能升华；不溶于水，溶于甲醇、乙醇等有机溶剂中．其中Fe²⁺离子与两个环戊二烯基是依靠配位键连接．二茂铁[Fe（C₅H₅）₂]属于分子晶体．
（3）锰类金属添加剂不仅可有效提高辛烷值，而且可大大减少汽车尾气中CO、NO_x、C₂H₄等物质排放，再经催化转化为CO₂、N₂等．
①CMT是一种锰类金属添加剂，其结构如图3．结合上一问，C₅H₅Mn（CO）₃中锰的价态是+1．

②锰的氧化物可与镧的氧化物合成汽车尾气净化催化剂．某锰的氧化物晶胞结构如图2所示，1个晶胞中Mn⁴⁺数目为2．
（4）铜的第一电离能（I₁）小于锌的第一电离能，而铜的第二电离能（I₂）却大于锌的第二电离能，其主要原因是Zn失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，Cu失去一个电子成为Cu⁺后，核外电子排布为[Ar]3d¹⁰，属于能量较低的稳定结构，所以Cu第二电离能相对较大．

电离能/kJ•mol-1	I1	I2
铜	746	1958
锌	906	1733

Answer 1

分析 （1）A．价电子总数相等、原子数也相等微粒互为等电子体，等电子体结构相似；
B．甲醛、苯分子中碳原子均形成3个σ键，二氧化碳中碳原子均形成2个σ键，均没有孤电子对；
C．分子中正负电荷重心重合的为非极性分子，正负电荷重心不重合的为极性分子；
D．水分子之间形成氢键，沸点较高；
（2）二茂铁熔沸点低，能升华，易溶于有机溶剂，应属于分子晶体；
（3）①CO与Mn之间形成配位键，环戊二烯的分子式为C₅H₆，去掉一个H原子形成C₅H₅^-，根据化合价规则可以判断Mn元素化合价；
②根据均摊法计算晶胞中Mn⁴⁺数目；
（4）轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定．

解答 解：（1）A．苯与B₃N₃H₆价电子总数相等，原子数也相等互为等电子体，苯与B₃N₃H₆均为平面结构，分子中原子共平面，故A正确；
B．甲醛、苯分子中碳原子均形成3个σ键，二氧化碳中碳原子均形成2个σ键，均没有孤电子对，甲醛、苯分子中碳原子采用sp²杂化，二氧化碳分子中C原子采取sp杂化，故B错误；
C．苯、二氧化碳分子的空间结构对称是非极性分子，甲醛分子的空间结构不对称属于极性分子，故C正确；
D．水的沸点比甲醛高得多，是因为水分子间能形成氢键，故D正确；
故选：ACD；
（2）二茂铁熔沸点低，能升华，易溶于有机溶剂，应属于分子晶体，故答案为：分子；
（3）①CO与Mn之间形成配位键，环戊二烯的分子式为C₅H₆，去掉一个H原子形成C₅H₅^-，根据化合价规则，可知Mn元素化合价为+1，故答案为：+1；
②晶胞中Mn⁴⁺数目数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，故答案为：2；
（4）轨道中电子处于全满、全空、半满时较稳定，所以气态Cu失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰的Cu⁺，能量较低，所以Cu的第二电离能相对较大（或气态Zn失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，易再失去一个电子，所以Zn的第二电离能相对较小），
故答案为：Zn失去一个电子变成结构为[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，Cu失去一个电子成为Cu⁺后，核外电子排布为[Ar]3d¹⁰，属于能量较低的稳定结构，所以Cu第二电离能相对较大．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及等电子体、杂化方式、分子构型、分子极性、氢键、晶体类型与性质、配合物、晶胞计算、电离能等，是对学生综合能力的考查，难度中等．