Question

2．第四周期过渡元素Mn、Fe、Ti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．HCHO与水分子间能形成氢键
B．HCHO和CO₂分子中的中心原子均采用sp²杂化
C．苯分子中含有 6个σ键和1个大π键，苯是非极性分子
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元素价电子排布式为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）铁原子核外有26种运动状态不同的电子．
（4）根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域，其中Ti属于d区．
（5）Ti的一种氧化物X，其晶胞结构如图所示，则X的化学式为TiO₂．
（6）电镀厂排放的废水中常含有剧毒的CN^-离子，可在X的催化下，先用NaClO将CN^-氧化成CNO^-，再在酸性条件下CNO^-继续被 NaClO氧化成N₂和CO₂．
①H、C、N、O四种元素的电负性由小到大的顺序为H＜C＜N＜O
②与CNO^-互为等电子体微粒的化学式为CO₂或N₂O或SCN^-（写出一种即可）．
③氰酸（HOCN）是一种链状分子，它与异氰酸（HNCO）互为同分异构体，其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，试写出氰酸的结构式N≡C-O-H．

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）原子核外没有运动状态相同的电子；
（4）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；
（5）根据均摊法计算晶胞中Ti、O原子数目，进而确定化学式；
（6）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原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体；
③碳形成4个共价键，氮为三个共价键，氧形成2个共价键，氢形成1个共价键，氰酸（HOCN）是一种链状分子，且其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，故N≡C-O-H．

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）Fe原子核外电子数为26，原子核外没有运动状态相同的电子，即铁原子核外有26种运动状态不同的电子，
故答案为：26；
（4）Ti处于第四周期第ⅣB族，属于d区元素，
故答案为：d；
（5）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：TiO₂；
（6）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H＜C＜N＜O，
故答案为：H＜C＜N＜O；
②与CNO^-互为等电子体微粒含有3个原子、价电子总数为16，故与CNO^-互为等电子体微粒的化学式CO₂、N₂O、SCN^-等，
故答案为：CO₂或N₂O或SCN^-；
③碳形成4个共价键，氮为三个共价键，氧形成2个共价键，氢形成1个共价键，氰酸（HOCN）是一种链状分子，且其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，故N≡C-O-H，
故答案为：N≡C-O-H．

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、等电子体、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，难度中等．