Question

【题目】甲烷作为天然气、页岩气、可燃冰的主要成分，拥有最稳定的烷烃分子结构，具有高度的四面体对称性，极难在温和的条件下对其活化。因此，甲烷的选择活化和定向转化一直是世界性的难题。我国科学家经过长达6年的努力，研制成功一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)催化剂材料，在室温条件下以H2O2为氧化剂直接将甲烷氧化成C1（只含一个C原子）含氧化合物，被业内认为是甲烷化学领域的重要突破。请回答下列问题：

(1)Cu原子基态原子的外围电子排布式为____________。

(2)石墨烯限域单原子铁能活化CH4分子中的C－H键，导致C与H之间的作用力_____(减弱”或“不变”)。铁晶体中粒子之间作用力类型是__________________。

(3)常温下，H2O2氧化CH4生成CH3OH、HCHO、 HCOOH等。

①它们的沸点分别为64.7、－195℃、100.8℃，其主要原因是_________________；

②CH4 和HCHO比较，键角较大的是_________，主要原因是_____________。

(4)配离子的颜色与d－d电子跃迁的分裂能大小有关，1个电子从较低的d轨道跃迁到较高能量的轨道所需的能量为的分裂能，用符号△表示。分裂能△[Co(H2O)62+]_____________△[Co(H2O)63+](填“>”“<”或“=”)，理由是_________________。

(5)钴晶胞和白铜(铜镍合金)晶胞分别如图1、图2所示。

①钴晶胞堆积方式的名称为____________；

②已知白铜晶胞的密度为dg·cm－3 ，NA代表阿伏加德罗常数的值。图2晶胞中两个面心上铜原子最短核间距为_____________pm(列出计算式)。

Answer 1

【答案】3d10s1; 减弱； 金属键； CH3OH、HCOOH中存在氢键，CH3OH中氢键较弱，而HCHO只存在范德华力； HCHO CH4构型为正四面体，键角为109。28〃，HCHO为平面三角形，键角为120。； <； 前者带2个正电荷，后者带3个正电荷，后者对电子的吸引能力较大； 六方最密堆积；

【解析】

(1)Cu原子基态原子的外围电子排布式为3d10s1;

(2)石墨烯限域单原子铁能活化CH4分子中的C－H键，导致C与H之间的作用力减弱。铁晶体中粒子之间作用力类型为金属键。

(3) ①常温下 CH3OH、HCHO、 HCOOH的沸点不同，是因为CH3OH与HCOOH有氢键，且CH3OH中氢键比HCOOH中氢键弱，而HCHO中只有范德华力。

②CH4 和HCHO比较，键角较大的是CH4，主要原因是CH4构型为正四面体，键角为109。28〃，HCHO为平面三角形，键角为120。；

(4)由于Co(H2O)62+带2个正电荷，Co(H2O)63+带3个正电荷，后者对电子的吸引能力较大；所以分裂能前者小于后者；

(5) ①钴晶胞堆积方式的名称为六方最密堆积；

②由图可知，白铜晶胞中含有Ni原子1个，Cu原子3个，根据密度公式 ，可得出 ，所以两个面心上铜原子最短核间距为pm。