Question

18．科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用．
（1）在Ni基催化剂作用下，CH₄和CO₂反应可获得化工原料CO和H₂．
①Ni元素位于元素周期表中的第VⅢ族．
②Ni与CO形成正四面体形的配合物Ni（CO）₄，1mol Ni（CO）₄中含8molσ键．
（2）一定条件下，CH₄、CO₂都能与H₂O形成笼状结构（如图所示）的水合物晶体，其相关参数如表．CH₄与H₂O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”．

参数 分子	分子直径/nm	分子与H2O的 结合能E/kJ•mol-1
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

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．已知上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CO₂的分子直径小于笼状空腔直径，且与H₂O的结合能大于CH₄．

Answer 1

分析 （1）①Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，据此可判断Ni在周期表中位置；
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；
（2）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）①Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为[Ar]3d⁸4s²，则Ni位于周期表中第四周期第VⅢ族，
故答案为：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；
（2）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：CO₂的分子直径小于笼状空腔直径，且与H₂O的结合能大于CH₄．

点评 本题以研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用为载体，主要考查原子结构与元素周期表关系、核外电子排布以及化学键等知识，综合性较强，难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的应用能力．