Question

17．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A D．（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Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转变为不稳定的3d⁴状态（2分）（或Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转变为较稳定的3d⁵半充满状态．
（3）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．
（4）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．
（5）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（N₂O）、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）d电子半充满比较稳定，锰价电子排布为3d⁵4s²，Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转变为不稳定的3d⁴状态，而铁价电子排布为3d⁶4s²，Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转变为较稳定的3d⁵半充满状态，气态Mn²⁺失去一个电子比气态Fe²⁺失去一个电子难；
（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族到八族，ds区为第ⅠB、ⅡB族，f区为镧系和锕系；
（4）晶胞中原子个数的计算，每个晶胞中含有钛原子数为2，氧原子数为4，可确定化学式为TiO₂；
（5）①同周期从左向右，电负性逐渐增大，故电负性大小可以判断；
②等电子体为电子数相等，CNO^-电子数为22，故与CNO^-互为等电子体微粒的化学式CO₂、N₂O、SCN^-等；
③碳为四配位，氮为三配位，氧为两配位，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）25号元素锰，价电子个数为25-18=7，价电子排布为3d⁵4s²，Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转变为不稳定的3d⁴状态，而铁为26号元素，价电子排布为3d⁶4s²，Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转变为较稳定的3d⁵半充满状态，故气态Mn²⁺再失去一个电子比气态Fe²⁺再失去一个电子难；
故答案为：3d⁵4s²； Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转σσ变为不稳定的3d⁴状态，而Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转变为较稳定的3d⁵半充满状态；
（3）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，s区、d区、ds区、p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族到八族，ds区为第ⅠB、ⅡB族，f区为镧系和锕系，其中钛位于第ⅣB族，属于d区；
故答案为：d；
（4）每个晶胞中含有钛原子数为8×0.125+1=2，氧原子数为4×0.5+2=4，故化学式为TiO₂；
故答案为：TiO₂；
（5）①氢位于第一周期，碳、氮、氧元素位于第二周期，同周期从左向右，电负性逐渐增大，故电负性大小为H＜C＜N＜O，
故答案为：H＜C＜N＜O；
②CNO^-电子数为22，等电子体为电子数相等，故与CNO^-互为等电子体微粒的化学式CO₂、N₂O、SCN^-等，
故答案为：CO₂（N₂O）、SCN^-；
③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，碳为四配位，氮为三配位，氧为两配位，故N≡C-O-H；
故答案为：N≡C-O-H．

点评 本题考查了物质结构和性质，涉及氢键、电负性、元素周期律、等电子体等知识点，知识点较综合，这些知识点都是考试热点，根据教材中基础知识采用知识迁移的方法进行分析解答，注意：元素周期表分成五个区域，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族到八族，ds区为第ⅠB、ⅡB族，f区为镧系和锕系，题目难度中等．