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【题目】[化学——选修3:物质结构与性质](15分) 研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2=CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:
(1)Co基态原子核外电子排布式为。元素Mn与O中,第一电离能较大的是 , 基态原子核外未成对电子数较多的是
(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为
(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为 , 原因是
(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在
(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,学*科*网X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420nm,则r(O2-)为nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a' =0.448 nm,则r(Mn2+)为nm。

【答案】
(1)1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2;O;Mn
(2)sp;sp3
(3)H2O>CH3OH>CO2>H2;常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体,液体的沸点高于气体;水分子中有两个氢原子都可以参与形成分子间氢键,而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键,所以水的沸点高于甲醇;二氧化碳的相对分子质量比氢气大,所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。
(4)π键、离子键
(5) ?
【解析】(1)Co是27号元素,位于元素周期表第4周期第VIII族,其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2。元素Mn与O中,由于O元素是非金属性而Mn是过渡元素,所以第一电离能较大的是O。O基态原子价电子为2s22p4 , 所以其核外未成对电子数是2,而Mn基态原子价电子排布为3d54s2 , 所以其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。(2)CO2和CH3OH的中心原子C原子的价层电子对数分别为2和4,所以CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为sp和sp3。(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为H2O>CH3OH>CO2>H2 , 原因是常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体,液体的沸点高于气体;水分子中有两个氢原子都可以参与形成分子间氢键,而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键,所以水的沸点高于甲醇;二氧化碳的相对分子质量比氢气大,所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高。(4)硝酸锰是离子化合物,硝酸根和锰离子之间形成离子键,硝酸根中N原子与3个氧原子形成 3个σ键,硝酸根中有一个氮氧双键,所以还存在π键。(5)因为O2是面心立方最密堆积方式,面对角线是O2半径的4倍,即4r= a,解得r= nm;MnO也属于NaCl型结构,根据晶胞的结构,Mn2构成的是体心立方堆积,体对角线是Mn2半径的4倍,面上相邻的两个Mn2距离是此晶胞的一半,因此有

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【题目】(16分)某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+ , 发现和探究过程如下。向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体,溶液呈黄色。
(1)检验产物
①取少量黑色固体,洗涤后,(填操作和现象),证明黑色固体中含有。
②取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有
(2)针对“溶液呈黄色”,甲认为溶液中有,乙认为铁粉过量时不可能有,乙依据的原理是(用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验:
①取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:

序号

取样时间/min

现象

3

产生大量白色沉淀;溶液呈红色

30

产生白色沉淀;较3 min时量小;溶液红色较3 min时加深

120

产生白色沉淀;较30 min时量小;溶液红色较3 0min时变浅


(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)
②对Fe3+产生的原因作出如下假设:
假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+
假设b:空气中存在O2 , 由于(用离子方程式表示),可产生Fe3+
假设c:酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+
假设d:根据现象,判断溶液中存在Ag+ , 可产生Fe3+
③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ:向硝酸酸化的溶液(pH≈2)中加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,3 0min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ:装置如图。其中甲溶液是 , 操作现象是

(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因:

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