Question

【題目】錳及其化合物用途非常廣泛,請回答下列問題：

(1)Mn3+在水溶液中容易歧化為MnO2和Mn2+ ，下列說法合理的是________

A.Mn3+的價電子構型為3d4，不屬于較穩定的電子構型

B.根據Mn2+的電子構型可知，Mn4+中不含成對電子

C.Mn2+易被氧化，可能是因為Mn2+軌道內有大量自旋方向相同的電子

D.Mn2+與Fe3+具有相同的價電子構型，所以它們的化學性質相似

(2)錳的一種配合物的化學式為[ Mn( CO)5( CH3CN)]。配體CH3CN與中心原子形成配位鍵時，提供孤對電子的原子是_________原子(填寫元素名稱)，該分子中碳原子的雜化方式為___________。

(3)研究發現,在成甲醇反應(CO2 +3H2=CH3OH +H2O)中，CO氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性。反應所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為___________，原因是________________，硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外，還存在______，NO的空間構型是______________(用文字描述)。

(4)某錳氧化物的晶胞結構如圖所示，該錳氧化物的化學式為___________，該晶體中Mn的配位數是_______，該晶體中Mn之間的最近距離為_____cm(用含a、b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】A N sp3和sp雜化 H2O＞CH3OH＞CO2＞H2 H2O和CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比CH3OH中多，CO2和H2均為非極性分子，CO2相對分子質量較大，范德華力較大 π鍵和離子鍵 平面三角形 MnO2 6

【解析】

(1)根據Mn2+ 和Mn4+的結構分析；

(2)CH3CN分子中有3個CH鍵、1個CC鍵、1個C≡N鍵，只有N原子有1對孤電子對，分子中甲基中碳原子形成4個σ鍵、另一個碳原子形成2個σ鍵，都沒有孤電子對，雜化軌道數目為4、2，碳原子采取sp3和sp雜化；

(3)水和甲醇分子間都存在氫鍵，二氧化碳和氫氣常溫下為氣體，結合氫鍵數目和相對分子質量判斷，用價層電子對互斥理論判斷空間構型；

(4)用均攤法計算化學式，并結合微粒的空間排列確定Mn的配位數。由晶胞結構可知：在該晶胞中距離相等且最近的2個Mn在晶胞體對角線的一半。

(1)A．Mn3+在水溶液中容易歧化為MnO2和Mn2+，說明Mn3+不穩定，Mn3+容易變成電子半充滿的穩定的價電子構型為3d5的Mn2+，3d4則屬于不穩定的電子構型，故A正確；

B．Mn4+中價電子層不含成對電子，但是內層中含有成對電子，故B錯誤；

C．Mn2+內有大量自旋方向相同的電子，這些電子自旋方向相同，能夠使原子的能量最低，而Mn2+易被氧化，顯然與Mn2+內含有大量自旋方向相同的電子無關，故C錯誤；

D．Mn2+與Fe3+具有相同的價電子構型，微粒的化學性質不僅與價電子構型有關，也和微粒的電荷數、微粒半徑、原子序數有關，因此它們的化學性質不相似，Mn2+具有強的還原性，而Fe3+具有較強的氧化性，故D錯誤；

答案選A；

(2) CH3CN分子中有3個CH鍵、1個CC鍵、1個C≡N鍵，只有N原子有1對孤電子對，提供孤對電子的原子是N原子；分子中甲基中碳原子形成4個σ鍵、另一個碳原子形成2個σ鍵，都沒有孤電子對，雜化軌道數目為4、2，碳原子采取sp3和sp雜化；

(3)常溫下水和甲醇是液體而二氧化碳和氫氣是氣體，液體的沸點高于氣體；H2O和CH3OH均為極性分子，H2O中氫鍵比CH3OH中多，CO2和H2均為非極性分子，CO2相對分子質量較大，范德華力較大，所以在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質中，沸點從高到低的順序為H2O＞CH3OH＞CO2＞H2；硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO3)2中氮原子和氧原子之間形成的有單鍵，雙鍵，硝酸根和錳離子間形成離子建，故化學鍵除了σ鍵外，還含有π鍵和離子鍵；NO的中心原子是氮，價層電子對數是，它的雜化方式為sp2雜化，NO的空間構型是平面三角形；

(4)在該晶體中含有的Mn原子個數為：×8+1=2，含有的O原子數目為×4+2=4，Mn：O=2：4=1：2，所以該錳的氧化物的化學式為MnO2；根據晶胞投影圖可知：在該晶體中與Mn原子距離相等且最近的O原子有6個，所以Mn的配位數為6；由晶胞結構可知：在該晶胞中距離相等且最近的2個Mn在晶胞體對角線的一半，晶胞的體對角線為，所以該晶體中Mn之間的最近距離為=cm。