Question

第四周期过渡元素Mn、Fe、Ti可与C、H、O形成多种化合物．
（1）下列叙述正确的是

 

．（填字母）
A．CH₂O与水分子间能形成氢键
B．CH₂O和CO₂分子中的中心原子均采用sp²杂化
C．C₆H₆分子中含有6个σ键和1个大π键，C₆H₆是非极性分子
D．CO₂晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
（2）Mn和Fe的部分电离能数据如表：

元　　　　素		Mn	Fe
电离能 /kJ?mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

Mn元素价电子排布式为

 

，气态Mn²⁺再失去一个电子比气态Fe²⁺再失去一个电子难，其原因是

 

．
（3）Ti的一种氧化物X，其晶胞结构如上图所示，则X的化学式为

 

．
（4）电镀厂排放的废水中常含有剧毒的CN^-离子，可在X的催化下，先用NaClO将CN^-氧化成CNO^-，再在酸性条件下CNO^-继续被NaClO氧化成N₂和CO₂．
①与CNO^-互为等电子体微粒的化学式为

 

（写出一种即可）．
②氰酸（HOCN）是一种链状分子，它与异氰酸（HNCO）互为同分异构体，其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，试写出氰酸的结构式

 

．

Answer 1

考点：同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系,判断简单分子或离子的构型,“等电子原理”的应用,晶胞的计算

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）A．甲醛和水分子间能形成氢键；
B．二氧化碳分子中C原子为sp杂化；
C．苯中碳碳键含有6个σ键，每个碳氢键含有一个σ键；
D．原子晶体的熔沸点大于分子晶体；
（2）Mn元素的原子序数是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；原子轨道处于半满、全满、全空时能量更低稳定；
（3）根据均摊法计算晶胞中Ti、O原子个数，确定氧化物化学式；
（4）①等电子体为电子数相等，CNO^-电子数为22，故与CNO^-互为等电子体微粒的化学式CO₂、N₂O、SCN^-等；
②碳为四配位，氮为三配位，氧为两配位，氰酸（HOCN）是一种链状分子，且其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，故N≡C-O-H．

解答： 解：（1）A．A中甲醛中含有羟基，与水可以形成氢键，故A正确；
B．HCHO分子中C原子采用sp²杂化，但二氧化碳分子中C原子为sp杂化，故B错误；
C．C₂H₂是直线型对称结构，为非极性分子，但苯中碳碳键含有6个σ键，每个碳氢键含有一个σ键，苯分子中一共含有12个，故C错误；
D．二氧化碳晶体是分子晶体，二氧化硅晶体是原子晶体，所以CO₂晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低，故D正确，
故答案为：AD；
（2）Mn元素的原子序数是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d⁵4s²，其价电子排布式为3d⁵4s²；Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多；而Fe²⁺到Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶到稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少，
故答案为：3d⁵4s²；由Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由较稳定的3d⁵半充满状态转为不稳定的3d⁴状态需要的能量较多；而Fe²⁺到Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶到稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对要少；
（3）每个晶胞中含有钛原子数为8×

1

2

+1=2，氧原子数为4×

1

2

+2=4，故氧化物化学式为TiO₂，故答案为：TiO₂；
（5）①CNO^-电子数为22，等电子体为电子数相等，故与CNO^-互为等电子体微粒的化学式CO₂、N₂O、SCN^-等，故答案为：CO₂；
②氰酸（HOCN）是一种链状分子，且其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，碳为四配位，氮为三配位，氧为两配位，故N≡C-O-H，故答案为：N≡C-O-H．

点评：本题考查了物质结构和性质，题目比较综合，侧重对物质结构主干知识的考查，涉及氢键、电子排布、分子结构与性质、晶体类型与性质、晶胞计算等，需要学生具备知识的基础，难度中等．