Question

18．研究發(fā)現(xiàn)，在CO₂低壓合成甲醇反應(yīng)（CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O）中，Co氧化物負(fù)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(yīng)用前景．回答下列問題：
（1）Co基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²．元素Mn與O中，第一電離能較大的是O，基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)較多的是Mn．
（2）CO₂和CH₃OH分子中C原子的雜化形式分別為sp和sp³．
（3）在CO₂低壓合成甲醇反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為H₂O＞CH₃OH＞CO₂＞H₂，原因是常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；水分子中有兩個氫原子都可以參與形成分子間氫鍵，而甲醇分子中只有一個羥基上的氫原子可用于形成分子間氫鍵，所以水的沸點高于甲醇；二氧化碳的相對分子質(zhì)量比氫氣大，所以二氧化碳分子間作用力較大、沸點較高．
（4）硝酸錳是制備上述反應(yīng)催化劑的原料，Mn（NO₃）₂中的化學(xué)鍵除了σ鍵外，還存在π鍵、離子鍵．
（5）MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu)（如圖），其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶胞參數(shù)為a=0.420nm，則r（O^2-）為0.148nm．MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a'=0.448nm，則r（Mn²⁺）為0.076nm．

Answer 1

分析 （1）Co是27號元素，可按照能量最低原理書寫電子排布式；O為非金屬性，難以失去電子，第一電離能較大；
（2）CO₂和CH₃OH分子中C原子分別形成2、4個σ鍵；
（3）水和甲醇分子間都存在氫鍵，二氧化碳和氫氣常溫下為氣體，結(jié)合氫鍵數(shù)目和相對分子質(zhì)量判斷；
（4）Mn（NO₃）₂為離子化合物，含有離子鍵、共價鍵，共價鍵含有σ鍵和π鍵；
（5）陰離子采用面心立方最密堆積方式，位于頂點和面心；陽離子為體心立方堆積，體心和棱，以此計算半徑．

解答 解：（1）Co是27號元素，位于元素周期表第4周期第VIII族，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²．元素Mn與O中，由于O元素是非金屬性而Mn是過渡元素，所以第一電離能較大的是O，O基態(tài)原子價電子為2s²2p⁴，所以其核外未成對電子數(shù)是2，而Mn基態(tài)原子價電子排布為3d⁵4s²，所以其核外未成對電子數(shù)是5，因此核外未成對電子數(shù)較多的是Mn，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²；O；Mn；
（2）CO₂和CH₃OH的中心原子C原子的價層電子對數(shù)分別為2和4，所以CO₂和CH₃OH分子中C原子的雜化形式分別為sp和sp³，
故答案為：sp；sp³；
（3）在CO₂低壓合成甲醇反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為H₂O＞CH₃OH＞CO₂＞H₂，原因是常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；水分子中有兩個氫原子都可以參與形成分子間氫鍵，而甲醇分子中只有一個羥基上的氫原子可用于形成分子間氫鍵，所以水的沸點高于甲醇；二氧化碳的相對分子質(zhì)量比氫氣大，所以二氧化碳分子間作用力較大、沸點較高，
故答案為：H₂O＞CH₃OH＞CO₂＞H₂；常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；水分子中有兩個氫原子都可以參與形成分子間氫鍵，而甲醇分子中只有一個羥基上的氫原子可用于形成分子間氫鍵，所以水的沸點高于甲醇；二氧化碳的相對分子質(zhì)量比氫氣大，所以二氧化碳分子間作用力較大、沸點較高；
（4）硝酸錳是離子化合物，硝酸根和錳離子之間形成離子鍵，硝酸根中N原子與3個氧原子形成3個σ鍵，硝酸根中有一個氮氧雙鍵，所以還存在π鍵，
故答案為：π鍵、離子鍵；
（5）因為O^2-是面心立方最密堆積方式，面對角線是O^2-半徑的4倍，即4r=$\sqrt{2}$a，解得r=$\frac{\sqrt{2}}{4}×0.420$nm=0.148nm；MnO也屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)=2 rr（O^2-）+2r r（Mn²⁺），
則rr（Mn²⁺）=$\frac{0.448nm-2×0.148nm}{2}$=0.076nm． 
故答案為：0.148；0.076．

點評 本題為2017年廣西考題，涉及核外電子排布、晶胞計算、雜化軌道等知識，側(cè)重考查學(xué)生的分析能量和計算能力，需要學(xué)生熟練掌握晶胞結(jié)構(gòu)，具備一定的數(shù)學(xué)計算能力，難度中等．