Question

3．由CO與H₂催化合成甲醇是生物質(zhì)能利用的方法之一．
（1）上述反應(yīng)的催化劑常用第四周期兩種金屬元素的化合物，其中一種元素的原子L層電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為4：1，d軌道中的電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為5：1，它的元素符號為Zn，其+2價離子的核外電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或【Ar】3d¹⁰．
（2）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子的結(jié)構(gòu)式C≡O(shè)．
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛．
甲醇的沸點(diǎn)比甲醛的高，其主要原因是甲醇分子間形成氫鍵；
（4）上述反應(yīng)的催化劑另一種是銅元素的化合物．已知銅的重要化合物膽礬CuSO₄•5H₂O可寫成[Cu（H₂O）₄]SO₄•H₂O，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：

下列說法正確的是B，D（填字母）．
A．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，所有氧原子都采用sp³雜化
B．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，存在配位鍵．共價鍵和離子鍵
C．膽礬是分子晶體，分子間存在氫鍵
D．膽礬中的水在不同溫度下會分步失去
（5）比較元素As的氫化物與同族第二、三周期元素所形成的氫化物穩(wěn)定性、沸點(diǎn)高低并說明理由沸點(diǎn) NH₃＞AsH₃＞PH₃ 理由：NH₃分子間形成氫鍵，AsH₃相對分子質(zhì)量大．穩(wěn)定性 NH₃＞PH₃＞AsH₃理由：N，P，As 從上到下非金屬性依次減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性依次減弱．

Answer 1

分析 （1）L層電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為4：1，d軌道中的電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為5：1，該元素位于第四周期可知該元素為Zn，根據(jù)鋅的原子序數(shù)和構(gòu)造原理來書寫基態(tài)Zn原子的核外電子排布式；
（2）根據(jù)等電子原理來書寫CO的結(jié)構(gòu)式；
（3）利用氫鍵來解釋物質(zhì)的沸點(diǎn)；
（4）根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖中氧原子是否都是飽和氧原子，存在O→Cu配位鍵，H-O、S-O共價鍵和Cu、O離子鍵，膽礬屬于離子晶體以及膽礬晶體中水兩類，一類是形成配體的水分子，一類是形成氫鍵的水分子等角度分析；
（5）同主族從上到下原子半徑依次增大，氫化物的穩(wěn)定性同主族從上到下非金屬性減弱，氫化物穩(wěn)定性減弱，NH₃含有氫鍵，沸點(diǎn)最高，PH₃、AsH₃都不含氫鍵，相對分子質(zhì)量越大，沸點(diǎn)越高．

解答 解：（1）L層電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為4：1，L層不是最外層電子數(shù)為8，那么最外層電子數(shù)為2．d軌道中的電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為5：1，說明d軌道中的電子數(shù)為10．該元素位于第四周期可知該元素為Zn，
故答案為：Zn；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰；
（2）依據(jù)等電子原理，可知CO與N₂為等電子體，N₂分子的結(jié)構(gòu)式為N≡N，互為等電子體分子的結(jié)構(gòu)相似，則CO的結(jié)構(gòu)式為C≡O(shè)，
故答案為：C≡O(shè)；
（3）①甲醇分子之間形成了分子間氫鍵，甲醛分子間只是分子間作用力，而沒有形成氫鍵，故甲醇的沸點(diǎn)高；
故答案為：甲醇分子之間形成氫鍵；     
（4）A．氧原子并不都是sp3雜化，該結(jié)構(gòu)中的氧原子部分飽和，部分不飽和，雜化方式不同．從現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，硫酸根離子中S和非羥基O之間除了形成1個σ鍵之外，還形成了反饋π鍵．形成π鍵的電子不能處于雜化軌道上，O必須保留未經(jīng)雜化的p軌道，就不可能是sp3雜化，故A錯誤；
B．在上述結(jié)構(gòu)示意圖中，存在O→Cu配位鍵，H-O、S-O共價鍵和Cu、O離子鍵，故B正確；
C．膽礬是五水硫酸銅，膽礬是由水合銅離子及硫酸根離子構(gòu)成的，屬于離子晶體，故C錯誤；
D．由于膽礬晶體中水兩類，一類是形成配體的水分子，一類是形成氫鍵的水分子，結(jié)合上有著不同，因此受熱時也會因溫度不同而得到不同的產(chǎn)物，故D正確；
故答案為：B，D；
（5）N，P，As 屬于第ⅤA族，同主族從上到下原子半徑依次增大，氫化物的穩(wěn)定性同主族從上到下非金屬性減弱，氫化物穩(wěn)定性減弱，所以穩(wěn)定性 NH₃＞PH₃＞AsH₃，
NH₃含有氫鍵，沸點(diǎn)最高，PH₃、AsH₃都不含氫鍵，相對分子質(zhì)量越大，沸點(diǎn)越高，故熔沸點(diǎn)：NH₃＞AsH₃＞PH₃，
故答案為：沸點(diǎn)  NH₃＞AsH₃＞PH₃，理由：NH₃分子間形成氫鍵，AsH₃相對分子質(zhì)量大．穩(wěn)定性  NH₃＞PH₃＞AsH₃，理由：N，P，As 從上到下非金屬性依次減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性依次減弱．

點(diǎn)評 本題主要考查核外電子排布式、等電子體原理、分子間作用力、雜化軌道、共價鍵類型、氫化物穩(wěn)定性、溶沸點(diǎn)的比較等知識，注重了對物質(zhì)結(jié)構(gòu)中�？伎键c(diǎn)的綜合，易錯點(diǎn)在電子排布中3d與4s的書寫上及雜化類型的判斷上、NH₃分子間形成氫鍵，題目難度中等．