Question

【題目】鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測(cè)定鋼中錳的含量，反應(yīng)原理為：

2Mn2++5S2O82-+8H2O2MnO4-+10SO42-+16H+

(1)現(xiàn)代化學(xué)中，常利用_________上的特征譜線來鑒定元素

(2)試從分子的立體構(gòu)型和原子的電負(fù)性、中心原子上的孤電子對(duì)等角度解釋為什么與水結(jié)構(gòu)十分相似的OF2的極性很小？______________________。

(3)己知H2S2O8的結(jié)構(gòu)如圖。

①H2S2O8硫原子的軌道雜化方式為________________。上述反應(yīng)中被還原的元素為_____________。

②S基態(tài)原子中電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有________________ 種。

③上述反應(yīng)每生成1 mol MnO4-，S2O82-斷裂的共價(jià)鍵類型及其數(shù)目為___________、__________。

(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如圖是一種由水分子構(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(shí)驗(yàn)測(cè)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__________。

(5)底心晶胞的特征是：將晶胞的框架的頂角移至晶胞的某一對(duì)面的中心所得的新晶胞與原晶胞無差別。在晶體學(xué)上底心平移的符號(hào)是+ (1/2，1/2，0) (C底心）；或+ (0，1/2，1/2) (A底心)；或+ (1/2，0，1/2) (B底心)。底心平移是指其中之一。

則：I2是_______（填“A”、“B”或“C”）底心晶胞.

(6)石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖（a)所示，并給出了一個(gè)石墨的六方晶胞如圖（b）所示。

①在圖中畫出晶胞沿C軸的投影（用“●”標(biāo)出碳原子位置即可）_______________；

②假設(shè)石墨的層間距為300 pm。C-C鍵長(zhǎng)為150 pm。計(jì)算石墨晶體的密度為______g· cm-3(碳元素的相對(duì)質(zhì)量為12，NA=6.0×1023，計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）。

Answer 1

【答案】 原子光譜 OF2與H2O的立體構(gòu)型相似，同為V形，但水分子的極性很強(qiáng)，而OF2的極性卻很小，這是因?yàn)椋?(1)從電負(fù)性上看，氧與氫的電負(fù)性差大于氧與氟的電負(fù)性差：（2）OF2中氧原子上有兩對(duì)孤電子對(duì)，抵消了 F-O鍵中共用電子對(duì)偏向F而產(chǎn)生的極性 sp3 O 9 非極性鍵或σ鍵 2.5NA 30 液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵（或冰融化時(shí)只破壞了部分氫鍵） B 2.3

【解析】(1)現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，故答案為：原子光譜；

(2)從電負(fù)性上看，氧與氫的電負(fù)性大于氧與氟的電負(fù)性差值；OF2中氧原子上有兩對(duì)孤電子對(duì)，抵消了F-O鍵中共用電子對(duì)偏向F而產(chǎn)生的極性，從而導(dǎo)致H2O分子的極性很強(qiáng)，而OF2分子的極性卻很小，故答案為：從電負(fù)性上看，氧與氫的電負(fù)性大于氧與氟的電負(fù)性差值；OF2中氧原子上有兩對(duì)孤電子對(duì)，抵消了F-O鍵中共用電子對(duì)偏向F而產(chǎn)生的極性，從而導(dǎo)致H2O分子的極性很強(qiáng)；

(3)①H2S2O8中，硫原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=4+ (6-4×1-2)=4，所以采取sp3雜化，該反應(yīng)中，Mn元素的化合價(jià)升高(+2→+7)，O元素有-2價(jià)和-1價(jià)，其中-1價(jià)轉(zhuǎn)化為-2價(jià)，化合價(jià)降低，所以被還原的元素為O，故答案為：sp3雜化；O；

②S基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，其中3p4的4個(gè)電子占據(jù)3個(gè)軌道，電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有：1s、2s、2px、2py、2pz、3s、3px、3py、3pz，共9種，故答案為：9；

③由反應(yīng)可知，Mn元素的化合價(jià)升高(+2→+7)，O元素的化合價(jià)降低(-1→-2)，生成10molSO42-轉(zhuǎn)移電子10mol電子，則每生成1 mol MnO4-，轉(zhuǎn)移電子5mol電子，S2O8 2-斷裂2.5mol(或2.5NA)O-O間非極性共價(jià)鍵，故答案為：非極性鍵、2.5NA；

(4)①由此結(jié)構(gòu)可知，此單元中含有水分子的個(gè)數(shù)為：20，其中每個(gè)水分子形成的氫鍵屬于2個(gè)五元環(huán)，故每個(gè)水分子形成氫鍵個(gè)數(shù)為： ，故總共形成氫鍵數(shù)為：20×=30，故答案為：30；

②冰中氫鍵的作用能為18.8kJmol-1，而冰熔化熱為5.0kJmol-1，說明冰熔化為液態(tài)水時(shí)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；

(5)底心晶胞的特征是：將晶胞的框架的頂角移至晶胞的某一對(duì)面的中心所得的新晶胞與原晶胞無差別。說明晶胞里的半數(shù)原子是另半數(shù)原子作“底心平移”的產(chǎn)物，即該晶胞是結(jié)構(gòu)基元的2倍體。A、B、C編序與底心符號(hào)是一致的(參考圖中的坐標(biāo)系)，但只有將晶胞框架的頂角移至ac面的面心，所得新晶胞才與原晶胞無差別，若移至bc面心或ab面心，得到的新晶胞中的原子坐標(biāo)不同于原晶胞，因此不能作A或C平移，故碘是B底心；故選B；

(6)①根據(jù)圖(b)可知，沿C軸的投影，可以看到四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)上個(gè)有1個(gè)碳原子，結(jié)合圖(a)，視圖為，下面一層有一個(gè)碳原子位于該原子的對(duì)稱位置，因此沿C軸的投影為，故答案為：；

②在石墨晶體中每個(gè)碳原子與三個(gè)正六邊形相連，而每個(gè)正六邊形有六個(gè)碳原子，所以每個(gè)碳原子實(shí)際占有的六邊形的數(shù)目為0，5個(gè)，12g碳含有1mol碳原子，所以含有0.5mol六邊形，在石墨晶體中，每個(gè)六棱柱含有12×=2個(gè)碳原子，而六棱柱的體積為1502×300×1030cm3，根據(jù)ρ＝可以計(jì)算出密度為=g/cm3=2.3g/cm3，故答案為：/span>2.3。