Question

【題目】鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測定鋼中錳的含量，反應原理為：2Mn2++5S2O82-+8H2O2MnO4-+10SO42-+16H+

（1）基態Mn原子的價電子排布式為___________。

（2）現代化學中，常利用_______________________上的特征譜線來鑒定元素。

（3）已知H2S2O8的結構如圖。H2S2O8硫原子的軌道雜化方式為__________；上述反應每生成1molMnO4-，S2O82-斷裂的共價鍵類型及其數目為_____________________；與硫酸根等電子體的分子或離子有______________________（寫兩種）。

（4）一定條件下，水分子間可通過氫鍵將從H2O分子結合成三維骨架結構，其中的多面體孔穴中可包容氣體小分子，形成籠形水合包合物晶體。如圖是一種由水分子構成的正十二面體骨架(“o”表示水分子)，其包含的氫鍵數為___________；實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.8kJ·mol-1，而冰的熔化熱為5.0kJ·mol-1，其原因可能是_________________。

（5）與Mn同周期相鄰的元素X，價電子層有2對成對電子，其離子型氧化物晶胞如圖所示。它由A、B方塊組成。則該氧化物中X2+、X3+、O2-的個數比為_____________（填最簡整數比）；已知該晶體的密度為d g/cm3，阿伏伽德羅常數的值為NA，則晶胞參數a為_________nm （用含d和NA的代數式表示）

Answer 1

【答案】 3d54s2 原子光譜 sp3 非極性鍵 2.5NA CCl4、SiF4或其他合理答案 30 液態水中仍然存在大量氫鍵 1∶2∶4 ×107

【解析】(1)錳原子序數為25，質子數為25，原子核外電子數為25，根據能量最低原則，錳的電子排布式為：[Ar]3d54s2，價電子排布式為：3d54s2；故答案為：3d54s2；

(2)現代化學中，常利用上原子光譜的特征譜線來鑒定元素，故答案為：原子光譜；

(3)H2S2O8中，硫原子價層電子對數=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+(6-4×1-2)=4，所以采取sp3雜化；由反應可知，Mn元素的化合價升高(+2→+7)，S元素的化合價降低(+7→+6)，生成10molSO42-轉移電子10mol電子，則每生成1molMnO4-，轉移電子5mol電子，S2O82-斷裂2.5mol(或2.5NA)O-O間非極性共價鍵；與硫酸根等電子體的分子或離子有CCl4、SiF4、ClO4-等，故答案為：sp3雜化；非極性鍵；2.5NA；CCl4、SiF4、ClO4-等；

(4)由此結構可知，此單元中含有水分子的個數為：20，其中每個水分子形成的氫鍵屬于2個五元環，故每個水分子形成氫鍵個數為，故總共形成氫鍵數為：20×=30；冰中氫鍵的作用能為18.8kJmol-1，而冰熔化熱為5.0kJmol-1，說明冰熔化為液態水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態水中仍在氫鍵；故答案為：30；液態水中仍然存在大量氫鍵；

(5)與Mn同周期相鄰的元素X，價電子層有2對成對電子，價電子層排布式為3d6s2，X為鐵元素，由A、B方塊的結構可知，A中含有O2-的數目為4，含有Fe2+的數目為4×+1=，B中含有O2-的數目為4，含有Fe2+的數目為4×=，Fe3+的數目為4，則晶胞中含有O2-的數目為(4+4)×4=32，Fe2+的數目為(+)×4=8，Fe3+的數目為4×4=16，Fe 2+、Fe 3+、O2-的個數比為8:16：32=1:2:4；該晶體的化學式為Fe3O4，則該晶體的密度為d g/cm3=g/cm3，解得a=cm=×107nm，故答案為：1∶2∶4；×107。