Question

【题目】钢铁分析中常用过硫酸盐氧化法测定钢中锰的含量，反应原理为：2Mn2++5S2O82-+8H2O2MnO4-+10SO42-+16H+

（1）基态Mn原子的价电子排布式为___________。

（2）现代化学中，常利用_______________________上的特征谱线来鉴定元素。

（3）已知H2S2O8的结构如图。H2S2O8硫原子的轨道杂化方式为__________；上述反应每生成1molMnO4-，S2O82-断裂的共价键类型及其数目为_____________________；与硫酸根等电子体的分子或离子有______________________（写两种）。

（4）一定条件下，水分子间可通过氢键将从H2O分子结合成三维骨架结构，其中的多面体孔穴中可包容气体小分子，形成笼形水合包合物晶体。如图是一种由水分子构成的正十二面体骨架(“o”表示水分子)，其包含的氢键数为___________；实验测得冰中氢键的作用能为18.8kJ·mol-1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol-1，其原因可能是_________________。

（5）与Mn同周期相邻的元素X，价电子层有2对成对电子，其离子型氧化物晶胞如图所示。它由A、B方块组成。则该氧化物中X2+、X3+、O2-的个数比为_____________（填最简整数比）；已知该晶体的密度为d g/cm3，阿伏伽德罗常数的值为NA，则晶胞参数a为_________nm （用含d和NA的代数式表示）

Answer 1

【答案】 3d54s2 原子光谱 sp3 非极性键 2.5NA CCl4、SiF4或其他合理答案 30 液态水中仍然存在大量氢键 1∶2∶4 ×107

【解析】(1)锰原子序数为25，质子数为25，原子核外电子数为25，根据能量最低原则，锰的电子排布式为：[Ar]3d54s2，价电子排布式为：3d54s2；故答案为：3d54s2；

(2)现代化学中，常利用上原子光谱的特征谱线来鉴定元素，故答案为：原子光谱；

(3)H2S2O8中，硫原子价层电子对数=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=4+(6-4×1-2)=4，所以采取sp3杂化；由反应可知，Mn元素的化合价升高(+2→+7)，S元素的化合价降低(+7→+6)，生成10molSO42-转移电子10mol电子，则每生成1molMnO4-，转移电子5mol电子，S2O82-断裂2.5mol(或2.5NA)O-O间非极性共价键；与硫酸根等电子体的分子或离子有CCl4、SiF4、ClO4-等，故答案为：sp3杂化；非极性键；2.5NA；CCl4、SiF4、ClO4-等；

(4)由此结构可知，此单元中含有水分子的个数为：20，其中每个水分子形成的氢键属于2个五元环，故每个水分子形成氢键个数为，故总共形成氢键数为：20×=30；冰中氢键的作用能为18.8kJmol-1，而冰熔化热为5.0kJmol-1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍在氢键；故答案为：30；液态水中仍然存在大量氢键；

(5)与Mn同周期相邻的元素X，价电子层有2对成对电子，价电子层排布式为3d6s2，X为铁元素，由A、B方块的结构可知，A中含有O2-的数目为4，含有Fe2+的数目为4×+1=，B中含有O2-的数目为4，含有Fe2+的数目为4×=，Fe3+的数目为4，则晶胞中含有O2-的数目为(4+4)×4=32，Fe2+的数目为(+)×4=8，Fe3+的数目为4×4=16，Fe 2+、Fe 3+、O2-的个数比为8:16：32=1:2:4；该晶体的化学式为Fe3O4，则该晶体的密度为d g/cm3=g/cm3，解得a=cm=×107nm，故答案为：1∶2∶4；×107。