Question

5．钢铁分析中常用过硫酸盐氧化法测定钢中锰的含量，反应原理为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
（1）基态锰原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁵4s²
（2）上述反应涉及的元素属干同主族元素，其第一电离能由大到小的顺序为O＞S
（3）已知H₂S₂O₈的结构如图．
①H₂S₂O₈硫原子的轨道杂化方式为sp³
②上述反应中被还原的元素为S
③上述反应每生成1mol MnO₄^-则 S₂O₈^2- 断裂的共价键数目为2.5N_A
（4）一定条件下，水分子间可通过O一H…O氢键将从H2O分子结合成三维骨架结构，其中的多面体孔穴中可包容气体小分子，形成 笼形水合包合物晶体
①如是一种由水分子构成的正十二面体骨架（“o”表示水分子），其包含的氢键数30
②实验测得冰中氢键的作用能为18.8目kJ•mol^-1，而冰的熔化热为5.0kJ•mol^-1，其原因可能是液态水中仍含有大量氢键．

Answer 1

分析 （1）锰原子序数为25，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则综合考虑，写出核外电子排布式；
（2）反应2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺中，涉及的元素属干同主族元素为O和S，同主族，自上而下第一电离能降低；
（3）①根据价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对，结合S₂O₈ ^2-结构判断杂化类型；
②氧化还原反应中，元素的化合价降低，被还原；
③活泼金属和活泼非金属元素之间易形成离子键，不同非金属元素之间易形成极性键、同种非金属元素之间易形成非极性键，根据S₂O₈ ^2-结构分析解答；
（4）①由此结构可知，此单元中含有水分子的个数为：20，其中每个水分子属于三个五元环，据此计算氢键；
②冰中氢键的作用能为18.8kJ•mol^-1，而冰熔化热为5.0kJ•mol^-1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍在氢键．

解答 解：（1）锰原子序数为25，质子数为25，原子核外电子数为25，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则，Mn的电子排布式为[Ar]3d⁵4s²，
故答案为：[Ar]3d⁵4s²；
（2）同主族自上而下第一电离能减小，O、S同主族，所以第一电离能由大到小的顺序为O＞S，故答案为：O＞S；
（3）①H₂S₂O₈中，硫原子价层电子对数=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=4+$\frac{1}{2}$（6-4×1-2）=4，所以采取sp³杂化，
故答案为：sp³杂化；
②该反应中，Mn元素的化合价升高（+2→+7），S元素的化合价降低（+7→+6），所以被还原的元素为S，
故答案为：S；
③由反应可知，Mn元素的化合价升高（+2→+7），S元素的化合价降低（+7→+6），生成10molSO₄^2-转移电子10mol电子，则每生成1 mol MnO₄^-，转移电子5mol电子，S₂O₈ ^2-断裂2.5mol（或2.5N_A）O-O间非极性共价键，
故答案为：2.5N_A；
（4）①由此结构可知，此单元中含有水分子的个数为：20，其中每个水分子形成的氢键属于2个五元环，故每个水分子形成氢键个数为：$\frac{3}{2}$，故总共形成氢键数为：20×$\frac{3}{2}$=30，
故答案为：30；
②冰中氢键的作用能为18.8kJ•mol^-1，而冰熔化热为5.0kJ•mol^-1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍在氢键，
故答案为：液态水中仍然存在大量氢键．

点评 本题考查核外电子排布、氧化还原反应、第一电离能、杂化、共价键类型、晶胞的计算等知识点，氧化还原反应须把握反应中元素的化合价变化，熟练应用杂化理论，掌握第一电离能变化规律为解答的关键，题目难度中等．