Question

20．鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測定鋼中錳的含量，反應原理為：
2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O $\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
（1）基態(tài)錳原子的價電子排布式為3d⁵4s²
（2）上述反應涉及的元素屬于同主族元素，其第一電離能由大到小的順序為O＞S
（填元素符號）．
（3）已知H₂S₂O₈的結(jié)構(gòu)如圖1．

 ①H₂S₂O₈硫原子的軌道雜化方式為sp³雜化
②上述反應中被還原的元素為S．
③上述反應每生成1mol MnO₄^-，S₂O₈^2-斷裂的共價鍵類型及其數(shù)目為非極性鍵、2.5N_A．
（4）一定條件下，水分子間可通過氫鍵將從H₂O分子結(jié)合成三維骨架結(jié)構(gòu)，其中的多面體孔穴中可包容氣體小分子，形成籠形水合包合物晶體．
①圖2是一種由水分子構(gòu)成的正十二面體骨架（“o”表示水分子），其包含的氫鍵數(shù)為；
②實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰的熔化熱為5.0kJ•mol^-1，其原因可能是液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵（或冰融化時只破壞了部分氫鍵）．
（5）MnO₂可用于堿錳電池材料的正極材料，加入某種納米粉體可以優(yōu)化堿錳電池的性能，該納米粉體的結(jié)構(gòu)如圖3．該納米粉體的化學式為CoTiO₃ ．
（6）銠（Rh）與鈷屬于同族元素，性質(zhì)相似．銠的某配合物的化學式為CsRh（SO₄）₂•4H₂O，該物質(zhì)易溶于水，向其水溶液中加入一定濃度的BaCl₂溶液，無沉淀生成，該鹽溶于水的電離方程式為CsRh（SO₄）₂•4H₂O=Cs⁺+[Rh（SO₄）₂]^-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）錳原子序數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則書寫；
（2）反應中涉及的屬于同主族元素為O、S，同主族自上而下元素第一電離能減小；
（3）①根據(jù)價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對，結(jié)合S₂O₈ ^2-結(jié)構(gòu)判斷雜化類型；
②氧化還原反應中，元素的化合價降低，被還原；
③反應中S₂O₈ ^2-中過氧鍵發(fā)生斷裂生成SO₄^2-；
（4）①每個水分子為3個五邊形共用，該結(jié)構(gòu)中水分子數(shù)目為$\frac{12×5}{3}$=20，而每個水分子形成3個氫鍵，每個氫鍵為1個水分子提供$\frac{1}{2}$；
②冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵；
（5）利用均攤法計算晶胞中Ti、Co、O原子數(shù)目，進而確定化學式；
（6）銠的某配合物的化學式為CsRh（SO₄）₂•4H₂O，該物質(zhì)易溶于水，向其水溶液中加入一定濃度的BaCl₂溶液，無沉淀生成，說明硫酸根處于內(nèi)界，

解答 解：（1）錳原子序數(shù)為25，Mn原子的核外電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，價電子排布式為：3d⁵4s²，
故答案為：3d⁵4s²；
（2）反應中涉及的屬于同主族元素為O、S，同主族自上而下元素第一電離能減小，故第一電離能：O＞S，
故答案為：O＞S；
（3）①H₂S₂O₈中，硫原子價層電子對數(shù)=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+$\frac{1}{2}$（6-4-2）=4，所以采取sp³雜化，
故答案為：sp³雜化；
②該反應中，Mn元素的化合價升高（+2→+7），S元素的化合價降低（+7→+6），所以被還原的元素為S，
故答案為：S；
③每生成1mol MnO₄^-消耗S₂O₈^2-為1mol×$\frac{5}{2}$=2.5mol，反應中S₂O₈ ^2-中過氧鍵發(fā)生斷裂生成SO₄^2-，故斷裂2.5N_A個非極性鍵，
故答案為：非極性鍵，2.5N_A；
（4）①每個水分子為3個五邊形共用，該結(jié)構(gòu)中水分子數(shù)目為$\frac{12×5}{3}$=20，而每個水分子形成3個氫鍵，每個氫鍵為1個水分子提供$\frac{1}{2}$，則含有氫鍵數(shù)目為20×3×$\frac{1}{2}$=30，
故答案為：30；
②冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵，
故答案為：液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵（或冰融化時只破壞了部分氫鍵）；
（5）晶胞中Ti原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$=1、Co原子數(shù)目為1、O原子數(shù)目為6×$\frac{1}{2}$=3，故化學式為：CoTiO₃ ，
故答案為：CoTiO₃ ；
（6）銠的某配合物的化學式為CsRh（SO₄）₂•4H₂O，該物質(zhì)易溶于水，向其水溶液中加入一定濃度的BaCl₂溶液，無沉淀生成，說明硫酸根處于內(nèi)界，該鹽溶于水的電離方程式為：CsRh（SO₄）₂•4H₂O=Cs⁺+[Rh（SO₄）₂]^-+4H₂O，
故答案為：CsRh（SO₄）₂•4H₂O=Cs⁺+[Rh（SO₄）₂]^-+4H₂O．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式、氫鍵、晶胞計算、配合物等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．