Question

【题目】据科技日报报道，我国科学家研制成功一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)催化剂，在室温条件下以H2O2为氧化剂直接将CH4氧化成含氧化合物。

请回答下列问题：

⑴在Mn、Fe、Co、Ni、Cu中，某基态原子核外电子排布遵循“洪特规则特例”，该原子的外围电子排布式为____________。

⑵在第四周期过渡金属中，基态原子第一电离能最大的元素是___________(填元素符号)。

⑶铜的焰色反应呈绿色，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为________________。

⑷常温下，H2O2氧化CH4生成CH3OH、HCHO、 HCOOH等。

①CH3OH、HCHO、 HCOOH的沸点分别为64.7℃、-195℃、100.8℃，其主要原因是____________________；

②CH4和HCHO比较，键角较大的是_________，该分子的空间构型为____________。

⑸配离子中受配体的影响，中心离子同能级d轨道的能量不同，人们把1个电子从较低能量的d轨道跃迁到较高能量的d轨道所需的能量称为d的分裂能，用符号表示。分裂能大小一般与配体种类和中心离子所带电荷数有关。据此判断分裂能Δ[Co(H2O)6]2+________Δ[Co(H2O)6]3+(填“>”“<”或“=”，理由是____________。

⑹钴晶胞和白铜(铜镍合金)晶胞如图所示。

①钴晶胞堆积方式的名称为____________；

②已知白铜晶胞的密度为dgcm-3，NA代表阿伏加德罗常数的值。图2晶胞中两个面心上铜原子最短核间距为____________pm(列出计算式)。

Answer 1

【答案】3d104s1 Zn 光谱分析 HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力 HCHO 平面三角形 < 二者配体相同，但是前者中心离子所带正电荷比后者少，其对电子的吸引力小 六方最密堆积

【解析】

⑴具有全充满、半充满、全空的电子构型的原子更稳定，先写出Mn、Fe、Co、Ni、Cu的外围电子排布式，得出结论。

⑵在第四周期过渡金属中，从左到右，第一电离能逐渐增大。

⑶用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素称为光谱分析。

⑷①HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力，氢键比范德华力更强；②CH4中C原子采取sp3杂化，为正四面体构型，HCHO中C原子采取sp2杂化，为平面三角形，HCHO中键角较大。

⑸Δ[Co(H2O)6]2+带2个单位正电荷，而Δ[Co(H2O)6]3+带3个单位正电荷，后者对电离吸引力更大。

⑹①由图1所示，可知钴晶胞的堆积方式是六方最密堆积；②面心6个Cu原子构成正八面体，棱上2个Cu原子与体心连线形成等腰直角三角形，该等腰直角三角形的斜边长即为两个面心上铜原子最短核间距，由几何知识可知两个面心上铜原子最短核间距直角边长度的倍，而等腰直角三角形的直角边长等于晶胞棱长的，再求铜、镍数目，求出棱长，再求两个面心上铜原子最短核间距。

⑴具有全充满、半充满、全空的电子构型的原子更稳定，在Mn、Fe、Co、Ni、Cu的外围电子排布式分别为3d54s2、3d64s2、3d74s2、3d84s2、3d104s1，Cu原子核外电子排布遵循“洪特规则特例”；故答案为：3d104s1。

⑵在第四周期过渡金属中，基态原子第一电离能最大的元素是Zn；故答案为：Zn。

⑶用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素称为光谱分析；故答案为：光谱分析。

⑷①HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力，氢键比范德华力更强，故沸点HCOOH > CH3OH > HCHO；故答案为：HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力。

②CH4中C原子采取sp3杂化，为正四面体构型，HCHO中C原子采取sp2杂化，为平面三角形，HCHO中键角较大；故答案为：HCHO；平面三角形。

⑸Δ[Co(H2O)6]2+带2个单位正电荷，而Δ[Co(H2O)6]3+带3个单位正电荷，后者对电离吸引力更大，故分裂能Δ[Co(H2O)6]2+ < Δ[Co(H2O)6]3+；故答案为：<；二者配体相同，但是前者中心离子所带正电荷比后者少，其对电子的吸引力小。

⑹①由图1所示，可知钴晶胞的堆积方式是六方最密堆积；故答案为：六方最密堆积。

②面心6个Cu原子构成正八面体，棱上2个Cu原子与体心连线形成等腰直角三角形，该等腰直角三角形的斜边长即为两个面心上铜原子最短核间距，由几何知识可知两个面心上铜原子最短核间距直角边长度的倍，而等腰直角三角形的直角边长等于晶胞棱长的。晶胞中Cu = 、Ni原子数目= ，晶胞质量=，设晶胞棱长为a pm，则：，解得，故两个面心上铜原子最短核间距=；故答案为：。