Question

【題目】研究發現，在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2=CH3OH+H2O)中，Co氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應用前景。回答下列問題：

（1）Co基態原子核外電子排布式為_____________。元素Mn與O中，第一電離能較大的是_________，基態原子核外未成對電子數較多的是_________________。

（2）CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為__________和__________。

（3）在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為_________________，原因是________________________________________________。

（4）硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外，還存在_____。

（5）金屬Zn晶體中的原子堆積方式如圖所示，這種堆積方式稱為___________________。六棱柱底邊邊長為acm，高為bcm，阿伏加德羅常數的值為NA，Zn的密度為_____________________________________g·cm－3（列出計算式）。

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Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2OMnspsp3H2O>CH3OH>CO2>H2H2O與CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多；CO2與H2均為非極性分子，CO2分子量較大、范德華力較大離子鍵和π鍵（或鍵）六方最密堆積65×4/[ NA×a2×3b×]

【解析】

（1）Co的核電荷數為27，基態原子核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；O元素是非金屬元素而Mn是過渡金屬元素，因此第一電離能較大的是O；O基態原子價電子為2s22p4，所以其核外未成對電子數為2，Mn基態原子價電子為3d54s2，所以其核外未成對電子數為5，因此Mn與O基態原子核外未成對電子數較多的是Mn；綜上所述，本題答案是：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2，O，Mn。

（2）CO2的分子構型為直線型，雜化軌道數為1+1=2，中心碳原子為sp 雜化，CH3OH中心碳原子形成4個鍵，為 sp3雜化；綜上所述，本題答案是：sp，sp3。

（3）CO2低壓合成甲醇反應中所涉及的4種物質中，水和甲醇均為極性分子，分子間有氫鍵，且水分子形成的氫鍵較多，沸點最高；CO2與H2均為非極性分子, CO2相對分子質量較大，分子間作用力較大，沸點高于H2，因此沸點從高到低的順序為: H2O>CH3OH>CO2>H2；綜上所述，本答案是：H2O>CH3OH>CO2>H2 ；H2O與CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比甲醇多；CO2與H2均為非極性分子，CO2分子量較大、范德華力較大。

（4）硝酸根離子中含有π鍵，且硝酸錳為離子化合物，也含有離子鍵；綜上所述，本題答案是：離子鍵和π鍵（或鍵）。

（5）由圖可知其結構為ABAB...，堆積為六方最密堆積；一個晶胞中有原子個數為12×1/6+2×1/2+3=6，六棱柱體積為：a×a×sin60°×3×b cm3；晶胞密度ρ=[6×M(Zn)]/[NA×a2×3b×sin60°]=65×6/[NA×a2×3b×sin60°]= 65×4/[ NA×a2×3b×] g·cm－3；綜上所述，本題答案是：六方最密堆積， 65×4/[ NA×a2×3b×]。