Question

18．科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用．
（1）CH₄和CO₂所含的三种元素电负性从小到大的顺序为H＜C＜O．
（2）下列关于CH₄和CO₂的说法正确的是ad（填序号）．
a．固态CO₂属于分子晶体
b． CH₄分子中含有极性共价键，是极性分子
c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH₄熔点低于CO₂
d． CH₄和CO₂分子中碳原子的杂化类型分别是sp³和sp
（3）在Ni基催化剂作用下，CH₄和CO₂反应可获得化工原料CO和H₂．
①基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，该元素位于元素周期表的第VⅢ族．
②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）₄，1mol Ni（CO）₄中含有8molσ键．
（4）一定条件下，CH₄和CO₂都能与H₂O形成笼状结构（如图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表．CH₄与H₂O形成的水合物俗称“可燃冰”．


①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是氢键、范德华力．
②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO₂置换CH₄的设想．已知图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且二氧化碳与水的结合能力强于甲烷．

Answer 1

分析 （1）元素的非金属性越强，其电负性越大；
（2）依据二氧化碳和甲烷的结构以及性质回答；
（3）①Ni为28号元素；
②该配合物的配离子中Ni原子和C原子、CO分子中C原子和O原子之间都存在σ键；
（4）①可燃冰中存在水分子，水分子中存在分子间作用力和氢键；
②依据表格得出二氧化碳的分子直径小于0.586nm，且与水的结合能力为29.91大于16.40，据此解答即可．

解答 解：（1）元素的非金属性越强，其电负性越大，由于非金属性O＞C＞H，故电负性H＜C＜O，故答案为：H＜C＜O；
（2）a、二氧化碳属于分子晶体，故a正确；
b、甲烷中含有极性共价键，但是正四面体结构，属于非极性分子，故b错误；
c、二氧化碳熔点高，原因是C与O形成2对共价键，故c错误；
d、甲烷为正四面体形，C原子含有4个σ键，无孤电子对，采取sp³杂化，二氧化碳为直线形，碳氧双键中有1个σ键和1个π键，因此C原子采取sp杂化，故d正确，故选ad；
（3）①Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，处于元素周期表中第四周期第VⅢ族，故答案为：[Ar]3d⁸4s²；VⅢ；
②该配合物的配离子中Ni原子和C原子之间有4个σ键，CO分子中C和O之间存在1个σ键，1个π键，1个配位键，因此4个CO有4个σ键，故1mol Ni（CO）₄中含有8molσ键，故答案为：8；
（4）①CH₄与H₂O形成的水合物俗称“可燃冰”，分子晶体中作用力是范德华力，水分子之间存在氢键，故答案为：氢键，范德华力；
②由表格可知：二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径，即0.512＜0.586，能顺利进入笼状空腔内，且二氧化碳与水的结合能力强于甲烷，即29.91＞16.40，故答案为：二氧化碳的分子直径小于笼状结构的空腔直径，且二氧化碳与水的结合能力强于甲烷．

点评 本题以研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用为载体，主要考查的是电负性的大小比较、分子晶体的性质、核外电子排布以及化学键等，综合性较强，难度较大．