Question

【题目】20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。在天然气水合物晶体中，有甲烷、氧气、二氧化碳、硫化氢、稀有气体等，它们在水合物晶体里是装在几个水分子构成的笼内，因而又称为笼状化合物。

（1）区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是___________。

（2）基态C原子中，核外电子占据的最高能层的符号是______，该能层最高能级电子的电子云轮廓形状为________。

（3）H2S分子中中心原子的杂化方式为_______。H2S中H-S-H的键角比CH4中H-C-H的键角_______(填“大”“小”或“相等”)。

（4）CH4、CO2与H2O形成的笼状结构如图所示，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

物质	分子直径(nm)	分子与H2O的结合能(kJ/mol)
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

①“可燃冰”中存在的作用力有_____________。

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm,根据上述图表分析，该设想的依据是_____________。

（5）已知稀有气体化合物XeF2的空间构型如图所示，据此判断中心原子Xe的杂化方式为_______(填序号)。

A.sp杂化 B.sp2杂化 C.sp3杂化 D.sp3d杂化

（6）氧气的晶体结构与CO2相似，晶体中若以一个分子为中心，其周围有_____个紧邻的分子，若紧邻的两个分子之间距离为anm,列式表示氧气晶体的密度为______g/cm3。

Answer 1

【答案】 对固体进行X-射线衍射实验 L 球形和哑铃形 sp3杂化 小 氢键、范德华力 的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与的结合能大于与水的结合能力 D 12 128/ NA×（a×10-7）3

【解析】（1）构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X-射线衍射图谱反映出来；因此，区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X-射线衍射实验；正确答案：对固体进行X-射线衍射实验。

（2）基态C原子的电子排布式为，核外电子数为6，电子运动状态有6种，电子占据的最高能层符号为L，L层中s能级电子云轮廓形状为球形，p能级电子云轮廓形状为哑铃形；正确答案：L；球形和哑铃形。

（3）价层电子对个数，采取杂化；H2S分子中共价键键角接近90°，即H-S-H的键角接近90°，空间构型为V形，CH4的结构为正四面体结构， H-C-H的键角为109°28′，所以H2S中H-S-H的键角比CH4中H-C-H的键角小；正确答案： sp3杂化，小。

（4）①可燃冰中存在水分子，分子晶体中作用力是范德华力，水分子中存在氢键；正确答案是:氢键、范德华力。

②设想用置换，根据表中数据可知的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与的结合能大于与水的结合能力，因此可能可以实现用置换；正确答案：的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与的结合能大于与水的结合能力。

（5）Xe已经是8电子稳定结构，其中有一个成对电子拆开为两个单电子，与氟原子形成两个共价键，氙原子核外有10电子，氟原子核外有8个电子，二氟化氙中，氙采用sp3d杂化，正确选项D。

（6）如果分子间作用力只是范德华力，则以一个分子为中心，其周围通常有12个紧邻的分子，氧气的晶体结构与CO2相似，晶体中若以一个分子为中心，其周围有12个紧邻的分子； 从CO2晶胞结构可推氧气的晶体结构，1个晶胞中含有的氧气分子数为8×1/8+6×1/2=4，1个晶胞的体积为（a×10-7）3cm3，根据1mol 氧气含有NA个氧气分子，其质量为32g，所以氧气晶体的密度为(4×32/NA)/ （a×10-7）3=128/ NA×（a×10-7）3g/cm3正确答案：128/ NA×（a×10-7）3。