题目内容
【题目】某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料,以吸收ZnSO4溶液的有机高聚物做固态电解质,其电池总反应为MnO2+Zn+(1+)H2O+ZnSO4MnOOH+ZnSO4[Zn(OH)2]3·xH2O。其电池结构如图甲所示,图乙是有机高聚物的结构片段。
(1)Mn2+的核外电子排布式为_____;有机高聚物中C的杂化方式为_____。
(2)已知CN-与N2互为等电子体,推算拟卤(CN)2分子中σ键与π键数目之比为_____。
(3)NO2-的空间构型为_____。
(4)MnO是离子晶体,其晶格能可通过如图的Born-Haber循环计算得到。
Mn的第一电离能是_____,O2的键能是_____,MnO的晶格能是_____。
(5)R(晶胞结构如图)由Zn、S组成,其化学式为_____(用元素符号表示)。已知其晶胞边长为acm,则该晶胞的密度为_____g·cm3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
【答案】1s22s22p63s23p63d5 sp2、sp3 3:4 V型 bkJmol﹣1 2ekJmol﹣1 (f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1 ZnS
【解析】
(1) Mn元素的原子核外有25个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2;根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式;
(2) CN-和氮气分子互为等电子体,二者结构相同,根据氮气分子判断(CN)2分子中存在的σ键与π键的个数;
(3) NO2-中N原子的价层电子对数=2+(5+1-2×2)=3,杂化类型是sp2,含有1个孤电子对,NO2-的空间构型是V型;
(4) Mn的第一电离能为气态Mn原子失去第一个电子时需要吸收的能量;由1molO2分子变成O原子的过程中,需要吸收的能量为2ekJ;晶格能是气态离子形成1mol离子晶体释放的能量;
(5) ZnS晶胞结构如图所示,利用均摊法找出晶胞中有4个Zn,有4个S,然后进行相关计算,求出晶胞密度。
(1) Mn元素的原子核外有25个电子,其基态原子电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2,则基态Mn2+的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5;这些C原子中有些C原子价层电子对个数是3、有些是4,根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式分别为sp2、sp3;故答案为:1s22s22p63s23p63d5;sp2、sp3;
(2)CN-与N2结构相似,C原子与N原子之间形成三键,则拟卤(CN)2分子结构式为,三键中含有1个σ键、2个π键,单键属于σ键,故(CN)2分子中σ键与π键数目之比为3:4,故答案为:3:4;
(3) NO2-中N原子的价层电子对数=2+(5+1-2×2)=3,杂化类型是sp2,含有1个孤电子对,NO2-的空间构型是V型,故答案为V型;
(4)由图中Mn (晶体) Mn (g) Mn+(g)过程,电离能为1mol的气态原子变为+1价阳离子的能量,故其第一电离能为bkJmol﹣1;由图中O2(g)2O(g)为molO=O的键能,故O=O键键能为ekJmol﹣1×2=2ekJmol﹣1;Mn晶格能为从气态离子形成1mol晶体放出的能量,根据盖斯定律,故晶格能=(f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1,故答案为:bkJmol﹣1;2ekJmol﹣1;(f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1;
(5)由晶胞的结构可知,Zn全部在晶胞的内部,所以1个晶胞中含有4个Zn2+,S分别位于晶胞的顶点和面心,根据晶胞中原子的“均摊法”可计算1个晶胞中S2-的个数为:,由Zn,S组成化学式为ZnS;1mol晶体的质量为97g,1mol晶胞的体积为NA a3cm3,因此该晶体的密度为,故答案为:ZnS;。
【题目】Cl2是一种重要的化工原料,也是一种剧毒气体。某化学兴趣小组制备Cl2并探究Cl2相关性质的过程如下。回答下列问题:
(1)氯气的制备
①上图中仪器X的名称是_________________,若用KMnO4和浓HCl反应制备Cl2则发生反应的化学方程式为_______________________________________________________;
②欲用二氧化锰和浓盐酸制备纯净干燥的Cl2,仪器接口的连接顺序为_______________;(根据气流方向,按照小写字母顺序填写)。
(2)制备的氯气与Fe粉在硬质玻璃管G中的反应,需采取________反应条件,将反应后的硬质玻璃管中固体溶于稀盐酸,取少量溶解后的溶液,检测其中金属阳离子种类:
实验编号 | 实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
① | 取少量待测液,滴加______溶液 | ____________ | 含有Fe2+ |
② | 取少量待测液,滴加______溶液 | ____________ | 含有Fe3+ |