Question

4．为了实现“将全球温度上升控制在2℃以内”，科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用．
（1）下列说法正确的是AD（填序号）．
A．CH₄和CO₂分子均为含有极性共价键的非极性分子
B．第一电离能：O＞N＞C
C．沸点高低：CH₄＞SnH₄＞GeH₄＞SiH₄
D．CH₃⁺离子的空间构型为平面正三角形
（2）CH₄和CO₂在Ni催化作用下反应可获得化工原料CO和H₂．
①Ni基态原子核外电子排布式为1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁸4s²．
②与CO互为等电子体的阴离子的电子式为，Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）₄，1molNi（CO）₄中含有σ键的数目为8N_A．
（3）CH₄和CO₂在含有钛氧化物的某种催化剂作用下，可直接转化为CH₃COOH．
①CH₃COOH中C原子轨道杂化类型为sp³和sp²；
②钛氧化物晶胞结构如图所示，写出其化学式：TiO₂．

Answer 1

分析 （1）A．由不同种元素的原子组成的共价键为极性键，空间构型为对称型的是非极性分子；
B．同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素；
C．不含有氢键的分子晶体，相对分子质量大的沸点高；
D．根据CH₃⁺离子的价层电子对数以及杂化轨道类型判断CH₃⁺离子的空间构型；
（2）①Ni是28号元素，其原子核外有28个电子，根据构造原理写出基态Ni原子核外电子排布式；
②原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体；该配合物的配离子中Ni原子和C原子、CO分子中C原子和O原子之间都存在σ键；
（3）①CH₃COOH中C原子分别形成4个、3个δ键，没有孤对电子，根据杂化理论判断；②利用均摊法计算该晶胞中含有的原子个数，从而确定其化学式．

解答 解：（1）A．CH₄分子中含有极性共价键C-H，空间构型为正四面体结构，为非极性分子，CO₂ 中C=O为极性键，二氧化碳为直线型，所以是非极性分子，故A正确；
B．同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素的第一电离能大于相邻元素，故第一电离能顺序为：N＞O＞C，故B错误；
C．CH₄、SnH₄、GeH₄、SiH₄属于都不含有氢键的分子晶体，相对分子质量大的沸点高，所以沸点高低：SnH₄＞GeH₄＞SiH₄＞CH₄，故C错误；
D．CH₃⁺离子的价层电子对数=3+$\frac{4-1-1×3}{2}$=3，为sp²杂化，故D正确；
故答案为：AD；
（2）①Ni的原子序数为28，根据能量最低原理可写出电子排布式为1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁸4s²，
故答案为：1S²2S²2P⁶3S²3P⁶3d⁸4s²；
②CO分子中含有2个原子、价电子数是10，与CO互为等电子体的与CO互为等电子体的阴离子微粒有CN^-或C₂^2-，其电子式为，该配合物的配离子中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间存在1个σ键，1个π键，1个配位键，因此4个CO有4个σ键，故1mol Ni（CO）₄中含有8molσ键即8N_A，
故答案为：；8N_A；

（3）①CH₃COOH中C原子分别形成4个、3个δ键，没有孤对电子，分别为sp³杂化、sp²杂化，
故答案为：sp³和sp²；
②该晶胞中氧原子个数为4×$\frac{1}{2}$+2=4，钛原子个数=8×$\frac{1}{8}$+1=2，所以化学式为TiO₂，
故答案为：TiO₂．

点评 本题考查化学键、电离能、离子的空间构型、晶胞计算、原子杂化方式判断、等电子体、原子核外电子排布等知识点，为高频考点，侧重考查学生知识运用能力及空间想象能力，易错点是价层电子对个数的计算方法，题目难度中等．