Question

3．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）基态锰原子的核外价电子排布式为3d⁵4s²
（2）上述反应涉及的元素属于同主族元素，其第一电离能由大到小的顺序为O＞S（填元素符号）．
（3）已知H₂S₂O₈的结构如图1．
①H₂S₂O₈硫原子的轨道杂化方式为sp³杂化．
②上述反应每生成1mol MnO₄^-，S₂O₈^2-断裂的共价键类型为非极性键（填“极性键”、“非极性键”或“极性键和非极性键”），其数目为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如图2是一种由水分子构成的正十二面体骨架（“o”表示水分子），其包含的氢键数为30；
②实验测得冰中氢键的作用能为18.8kJ•mol^-1，而冰的熔化热只有5.0kJ•mol^-1，其原因可能是液态水中仍然存在大量氢键．

Answer 1

分析 （1）锰原子序数为25，根据构造原理写出其电子排布式；
（2）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，锰的电子排布式为：[Ar]3d⁵4s²，价电子排布式为：3d⁵4s²；
故答案为：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1molMnO₄^-，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：非极性键；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 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、电离能、杂化方式、氢键等，是对学生综合能力的考查，难度中等．