Question

【題目】20世紀末，科學家發現海底存在大量天然氣水合物晶體。在天然氣水合物晶體中，有甲烷、氧氣、二氧化碳、硫化氫、稀有氣體等，它們在水合物晶體里是裝在幾個水分子構成的籠內，因而又稱為籠狀化合物。

（1）區分晶體和非晶體最可靠的科學方法是___________。

（2）基態C原子中，核外電子占據的最高能層的符號是______，該能層最高能級電子的電子云輪廓形狀為________。

（3）H2S分子中中心原子的雜化方式為_______。H2S中H-S-H的鍵角比CH4中H-C-H的鍵角_______(填“大”“小”或“相等”)。

（4）CH4、CO2與H2O形成的籠狀結構如圖所示，其相關參數見下表。CH4與H2O形成的水合物晶體俗稱“可燃冰”。

物質	分子直徑(nm)	分子與H2O的結合能(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為開采深海海底的“可燃冰”，有科學家提出用CO2置換CH4的設想。已知上圖中籠狀結構的空腔直徑為0.586nm,根據上述圖表分析，該設想的依據是_____________。

（5）已知稀有氣體化合物XeF2的空間構型如圖所示，據此判斷中心原子Xe的雜化方式為_______(填序號)。

A.sp雜化 B.sp2雜化 C.sp3雜化 D.sp3d雜化

（6）氧氣的晶體結構與CO2相似，晶體中若以一個分子為中心，其周圍有_____個緊鄰的分子，若緊鄰的兩個分子之間距離為anm,列式表示氧氣晶體的密度為______g/cm3。

Answer 1

【答案】 對固體進行X-射線衍射實驗 L 球形和啞鈴形 sp3雜化 小 氫鍵、范德華力 的分子直徑小于籠狀結構空腔直徑，且與的結合能大于與水的結合能力 D 12 128/ NA×（a×10-7）3

【解析】（1）構成晶體的粒子在微觀空間里呈現周期性的有序排列，晶體的這一結構特征可以通過X-射線衍射圖譜反映出來；因此，區分晶體和非晶體的最可靠的科學方法是對固體進行X-射線衍射實驗；正確答案：對固體進行X-射線衍射實驗。

（2）基態C原子的電子排布式為，核外電子數為6，電子運動狀態有6種，電子占據的最高能層符號為L，L層中s能級電子云輪廓形狀為球形，p能級電子云輪廓形狀為啞鈴形；正確答案：L；球形和啞鈴形。

（3）價層電子對個數，采取雜化；H2S分子中共價鍵鍵角接近90°，即H-S-H的鍵角接近90°，空間構型為V形，CH4的結構為正四面體結構， H-C-H的鍵角為109°28′，所以H2S中H-S-H的鍵角比CH4中H-C-H的鍵角小；正確答案： sp3雜化，小。

（4）①可燃冰中存在水分子，分子晶體中作用力是范德華力，水分子中存在氫鍵；正確答案是:氫鍵、范德華力。

②設想用置換，根據表中數據可知的分子直徑小于籠狀結構空腔直徑，且與的結合能大于與水的結合能力，因此可能可以實現用置換；正確答案：的分子直徑小于籠狀結構空腔直徑，且與的結合能大于與水的結合能力。

（5）Xe已經是8電子穩定結構，其中有一個成對電子拆開為兩個單電子，與氟原子形成兩個共價鍵，氙原子核外有10電子，氟原子核外有8個電子，二氟化氙中，氙采用sp3d雜化，正確選項D。

（6）如果分子間作用力只是范德華力，則以一個分子為中心，其周圍通常有12個緊鄰的分子，氧氣的晶體結構與CO2相似，晶體中若以一個分子為中心，其周圍有12個緊鄰的分子； 從CO2晶胞結構可推氧氣的晶體結構，1個晶胞中含有的氧氣分子數為8×1/8+6×1/2=4，1個晶胞的體積為（a×10-7）3cm3，根據1mol 氧氣含有NA個氧氣分子，其質量為32g，所以氧氣晶體的密度為(4×32/NA)/ （a×10-7）3=128/ NA×（a×10-7）3g/cm3正確答案：128/ NA×（a×10-7）3。