Question

【题目】KMnO4(s)受热分解制备氧气是实验室制氧气的常用方法，它也是一种高效氧化剂，是氧化还原滴定实验中常用的试剂，可以作为标准溶液滴定一些具有还原性的物质(Fe2+、C2O42-等)的溶液，如5C2O42-+2MnO4-+l6H++4H2O=2[Mn(H2O)6]2++10CO2↑。

(1)基态Mn2+的核外电排布式为___。

(2)如果在空气中焙烧KMnO4，可获得Mn3O4(可改写为MnOMn2O3)，则Mn3O4中Mn的化合价为___。

(3)石墨烯（如图A)是一种由碳原子组成六边形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，当石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯（如图B)。

石墨烯结构中1号C的杂化方式为___；该C与相邻的两个C形成的键角___（填“>”“<”“=”)l20。氧化石墨烯结构中1号C与相邻C___（填“有”或“没有”)形成π键。

(4)铁形成的晶体类型因为铁原子排列方式的不同而不同，其中一种晶胞结构如图所示。晶体中铁原子周围距离最近且等距的铁原子数为___。形成铁碳合金时，存在一种碳原子插入到晶胞中每条棱的中点和晶胞的体心的结构，该物质的化学式为___；设NA为阿伏加德罗常数的值，该铁碳晶胞的晶胞参数为apm，则C原子间的最短距离为______pm，该铁碳晶胞的密度为___ gcm-3。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d5 +2、+3 sp2 = 没有 12 FeC

【解析】

(1)~(3)可先写出Mn的电子排布式，然后写出Mn2+的电子排布式，或利用Fe2+进行类推；把Mn3O4改写为MnOMn2O3，利用各化合物中元素的化合价关系，确定Mn元素的化合价。由图形中原子的价电子排布，确定C原子发生的杂化，便可确定键角及键型。

(4)由铁原子所在位置，可确定晶体中铁原子周围距离最近且等距的铁原子，都是位于某个顶点Fe周围面心上的Fe原子；由Fe、C原子所在位置，可确定晶胞中所含Fe、C原子的个数，从而确定最简整数比，最终确定化学式；碳原子间的最短距离，应为一个面上棱中点连线，即等边直角三角形的斜边。一个晶胞的质量除以一个晶胞的体积，便得晶胞的密度。

(1)基态Mn的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，则Mn2+的核外电排布式为1s22s22p63s23p63d5。答案为：1s22s22p63s23p63d5；

(2)将Mn3O4改写为MnOMn2O3，MnO中Mn显+2价，Mn2O3中Mn显+3价，则Mn3O4中Mn的化合价为+2、+3。答案为：+2、+3；

(3)石墨烯结构中1号C的价层电子对数为3，杂化方式为sp2；该C与相邻的两个C形成平面正三角形，键角=l20。氧化石墨烯结构中1号C与相邻4个C形成共价键，即发生sp3杂化，所以没有形成π键。答案为：sp2；=；没有；

(4)晶体中铁原子位于晶胞的顶点和面心，顶点Fe原子所属三个面的面心上的Fe原子与它距离最近且等距，则铁原子数为=12。形成铁碳合金时，存在一种碳原子插入到晶胞中每条棱的中点和晶胞的体心的结构，该晶胞中所含Fe原子数为8×+6×=4，所含C原子数为12×+1=4，Fe、C原子个数为1：1，所以该物质的化学式为FeC。由前面分析知，C原子间的最短距离为同一面上两条边的中点连线，即构成等腰直角三角形，直角边长为pm，C原子间的最短距离为斜边边长，即为pm，该铁碳晶胞的密度为=gcm-3。答案为：12；FeC；；。