Question

【題目】過渡金屬元素氧化物的應用研究是目前科學研究的前沿之一，試回答下列問題：

（1）二氧化鈦作光催化劑能將居室污染物甲醛、苯等有害氣體轉化為二氧化碳和水，達到無害化．有關甲醛、苯、二氧化碳及水說法正確的是_____。

①苯與B3N3H6的總電子數(shù)相等；

②甲醛、苯分子中碳原子均采用sp3雜化；

③苯、二氧化碳、水和甲醛都是非極性分子；

④水的沸點比甲醛高得多，是因為水分子間能存在氫鍵，甲醛分子間不存在氫鍵。

（2）2007年諾貝爾物理學獎為法國科學家阿爾貝費爾和德國科學家彼得格林貝格爾共同獲得，以表彰他們在巨磁電阻效應（CMR效應）研究方面的成就．某鈣鈦型復合氧化物（如圖1），以A原子為晶胞的頂點，A位可以是Ca，Sr、Ba或Pb，當B位是V、Cr、Mn、Fe時，這種化合物具有CMR效應。

①用A，B，O表示這類特殊晶體的化學式：_______　。

②Cr、Mn的核外特征電子排布式分別為：Cr：[Ar]3d54s1、Mn：[Ar]3d54s2，則它們第一電離能由小到大的排列順序是：_______用“＜”排列）。

（3）CO2的空間構型為______；固體CO2與SiO2熔沸點差異很大的原因是________

（4）冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞（其晶胞結構如圖2）類似，其中空心球所示原子位于立方體的頂點或面心，實心球所示原子位于立方體內）類似．每個冰晶胞平均占有__個水分子；冰晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相同的原因是_______　。

Answer 1

【答案】①④ ABO3 Cr＜Mn 直線型分子 CO2是分子間作用力形成的分子晶體，SiO2是共價鍵形成的空間網狀原子晶體 8 水中的O和金剛石中的C都是sp3雜化，且水分子間的氫鍵具有方向性，每個水分子可與相鄰的4個水分子形成氫鍵，且為正四面體結構

【解析】

（1）①苯的電子總數(shù)為6×6+6=42，B3N3H6的的電子總數(shù)為3×5+3×7+6=42；
②甲醛、苯分子中碳原子均形成3個σ鍵，二氧化碳中碳原子均形成2個σ鍵，均沒有孤電子對；
③分子中正負電荷中心重合的為非極性分子，正負電荷中心不重合的為極性分子；
④水分子之間形成氫鍵，沸點較高；
（2）①利用均攤法計算晶胞中所含各原子的個數(shù)，再根據原子數(shù)之比確定化學式；

②Mn的4s上有2個電子，4s處于全充滿，較穩(wěn)定；Cr的4s上只有1個電子。

（3）根據價層電子對互斥理論確定其空間構型，根據不同類型晶體的性質差異比較熔沸點；
（4）利用均攤法確定每個冰晶胞含有的水分子個數(shù)，根據氧原子和碳原子的雜化方式以及氫鍵的特點，分析冰晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相同的原因。

（1）①苯的電子總數(shù)為6×6+6=42，B3N3H6的的電子總數(shù)為3×5+3×7+6=42，所以苯與B3N3H6的總電子數(shù)相等，故①正確；
②甲醛、苯分子中碳原子均形成3個σ鍵，二氧化碳中碳原子形成2個σ鍵，均沒有孤電子對，甲醛、苯分子中碳原子采用sp2雜化，二氧化碳分子中C原子采取sp雜化，故②錯誤；
③苯、二氧化碳分子的空間結構對稱是非極性分子，甲醛分子的空間結構不對稱屬于極性分子，水分子中的氧原子有孤對電子，水分子為V形，水分子是極性分子，故③錯誤；
③水的沸點比甲醛高得多，是因為水分子間能形成氫鍵，故④正確。
故答案為：①④。
（2）①由圖1可知，晶胞中A位于頂點，晶胞中含有A為8×1/8=1個，B位于晶胞的體心，含有1個，O位于面心，晶胞中含有O的個數(shù)為6×1/2=3，則化學式為ABO3，
故答案為：ABO3。

②Mn的4s上有2個電子，4s處于全充滿，較穩(wěn)定；Cr的4s上只有1個電子，Cr失去4s上的1個電子形成較穩(wěn)定的價電子結構（3d5）；第一電離能由小到大的排列順序為：Cr＜Mn，故答案為：Cr＜Mn。

（3）二氧化碳分子中碳原子價層電子對數(shù)是2，且不含孤電子對，所以其空間構型是直線形。CO2是分子晶體，分子間是范德華力，SiO2是空間網狀結構的原子晶體，原子之間是共價鍵，共價鍵鍵能遠大于范德華力，所以固體CO2的熔沸點比SiO2熔沸點要小得多，
故答案為：直線型分子；CO2是分子間作用力形成的分子晶體，SiO2是共價鍵形成的空間網狀原子晶體。
（4）每個冰晶胞平均占有分子個數(shù)=4+8×1/8+6×1/2=8，H2O的氧原子形成2個σ鍵、含2對孤電子對，金剛石中每個碳原子含有4個σ鍵且沒有孤電子對，所以水中的O和金剛石中的C都是sp3雜化，且水分子間的氫鍵具有方向性，每個水分子中一個氧原子可以和另外2個水分子形成氫鍵，2個氫原子可以和另外2個水分子形成氫鍵，所以每個水分子可與相鄰的4個水分子形成氫鍵，導致冰晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相似，
故答案為：8；水中的O和金剛石中的C都是sp3雜化，且水分子間的氫鍵具有方向性，每個水分子可與相鄰的4個水分子形成氫鍵，且為正四面體結構。