Question

2．MnO₂是碱锰电池材料中最普通的正极材料之一，在活性材料MnO₂中加入CoTiO₃纳米粉体，可以提高其利用率，优化碱锰电池的性能．
（1）写出基态Mn原子的核外电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²．
（2）CoTiO₃晶体结构模型如图1．在CoTiO₃晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为6个、12个．
（3）二氧化钛（TiO₂）是常用的、具有较高催化活性和稳定性的光催化剂，常用于污水处理．O₂在其催化作用下，可将CN^-氧化成CNO^-，进而得到N₂．与CNO^-互为等电子体的分子、离子化学式分别为CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等，合理均可）、N₃^-（各写一种）．
（4）三聚氰胺是一种含氮化合物，其结构简式如图2．三聚氰胺分子中氮原子轨道杂化类型是sp²、sp³；1mol三聚氰胺分子中σ键的数目为15N_A．三聚氰胺的相对分子质量与硝基苯的相近，但三聚氰胺的熔点比硝基苯的高，其原因是由于分子间形成氢键．

Answer 1

分析 （1）Mn是25号元素，其原子核外有25个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；    
（2）在CoTiO₃晶体中，1个Ti原子周围距离最近的O原子个数是6，1个Co原子周围距离最近的O原子数目=3×8÷2；
（3）原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体；
（4）氨基上N原子价层电子对个数是4且不含孤电子对、氮碳双键两端的N原子含有两个σ键和一个孤电子对，根据价层电子对理论判断原子杂化方式；
1个三聚氰胺分子中σ键个数是15，氢键导致物质的熔沸点升高．

解答 解：（1）Mn是25号元素，其原子核外有25个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²；
（2）在CoTiO₃晶体中，1个Ti原子周围距离最近的O原子个数是6，1个Co原子周围距离最近的O原子数目=3×8÷2=12，故答案为：6；12；
（3）原子个数相等、价电子数相等的微粒互为等电子体，所以与CNO^-互为等电子体的分子、离子化学式分别为CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等，合理均可）、N₃^-，故答案为：CO₂（或N₂O、CS₂、BeCl₂等，合理均可）；N₃^-；
（4）氨基上N原子价层电子对个数是4且不含孤电子对，则N原子采用sp³杂化；氮碳双键两端的N原子含有两个σ键和一个孤电子对，N原子采用sp²杂化；
1个三聚氰胺分子中σ键个数是15，所以1mol三聚氰胺分子中σ键的数目为15N_A，氢键导致物质的熔沸点升高，三聚氰胺分子间能形成氢键，导致其熔沸点高于硝基苯，
故答案为：sp²、sp³；15N_A；由于分子间形成氢键．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、氢键、原子杂化、等电子体、原子核外电子排布等知识点，侧重考查学生空间想象能力、计算能力及基本理论的掌握，难点是计算（2）题配位数，题目难度中等．