Question

【題目】鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測定鋼中錳的含量，反應原理為：

2Mn2++5S2O82-+8H2O2MnO4-+10SO42-+16H+

(1)現代化學中，常利用_________上的特征譜線來鑒定元素

(2)試從分子的立體構型和原子的電負性、中心原子上的孤電子對等角度解釋為什么與水結構十分相似的OF2的極性很小？______________________。

(3)己知H2S2O8的結構如圖。

①H2S2O8硫原子的軌道雜化方式為________________。上述反應中被還原的元素為_____________。

②S基態原子中電子的空間運動狀態有________________ 種。

③上述反應每生成1 mol MnO4-，S2O82-斷裂的共價鍵類型及其數目為___________、__________。

(4)一定條件下，水分子間可通過氫鍵將從H2O分子結合成三維骨架結構，其中的多面體孔穴中可包容氣體小分子，形成籠形水合包合物晶體。

①如圖是一種由水分子構成的正十二面體骨架(“o”表示水分子)，其包含的氫鍵數為__________；

②實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.8kJ·mol-1，而冰的熔化熱為5.0kJ·mol-1，其原因可能是__________。

(5)底心晶胞的特征是：將晶胞的框架的頂角移至晶胞的某一對面的中心所得的新晶胞與原晶胞無差別。在晶體學上底心平移的符號是+ (1/2，1/2，0) (C底心）；或+ (0，1/2，1/2) (A底心)；或+ (1/2，0，1/2) (B底心)。底心平移是指其中之一。

則：I2是_______（填“A”、“B”或“C”）底心晶胞.

(6)石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖（a)所示，并給出了一個石墨的六方晶胞如圖（b）所示。

①在圖中畫出晶胞沿C軸的投影（用“●”標出碳原子位置即可）_______________；

②假設石墨的層間距為300 pm。C-C鍵長為150 pm。計算石墨晶體的密度為______g· cm-3(碳元素的相對質量為12，NA=6.0×1023，計算結果保留一位小數）。

Answer 1

【答案】 原子光譜 OF2與H2O的立體構型相似，同為V形，但水分子的極性很強，而OF2的極性卻很小，這是因為； (1)從電負性上看，氧與氫的電負性差大于氧與氟的電負性差：（2）OF2中氧原子上有兩對孤電子對，抵消了 F-O鍵中共用電子對偏向F而產生的極性 sp3 O 9 非極性鍵或σ鍵 2.5NA 30 液態水中仍然存在大量氫鍵（或冰融化時只破壞了部分氫鍵） B 2.3

【解析】(1)現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，故答案為：原子光譜；

(2)從電負性上看，氧與氫的電負性大于氧與氟的電負性差值；OF2中氧原子上有兩對孤電子對，抵消了F-O鍵中共用電子對偏向F而產生的極性，從而導致H2O分子的極性很強，而OF2分子的極性卻很小，故答案為：從電負性上看，氧與氫的電負性大于氧與氟的電負性差值；OF2中氧原子上有兩對孤電子對，抵消了F-O鍵中共用電子對偏向F而產生的極性，從而導致H2O分子的極性很強；

(3)①H2S2O8中，硫原子價層電子對數=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+ (6-4×1-2)=4，所以采取sp3雜化，該反應中，Mn元素的化合價升高(+2→+7)，O元素有-2價和-1價，其中-1價轉化為-2價，化合價降低，所以被還原的元素為O，故答案為：sp3雜化；O；

②S基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，其中3p4的4個電子占據3個軌道，電子的空間運動狀態有：1s、2s、2px、2py、2pz、3s、3px、3py、3pz，共9種，故答案為：9；

③由反應可知，Mn元素的化合價升高(+2→+7)，O元素的化合價降低(-1→-2)，生成10molSO42-轉移電子10mol電子，則每生成1 mol MnO4-，轉移電子5mol電子，S2O8 2-斷裂2.5mol(或2.5NA)O-O間非極性共價鍵，故答案為：非極性鍵、2.5NA；

(4)①由此結構可知，此單元中含有水分子的個數為：20，其中每個水分子形成的氫鍵屬于2個五元環，故每個水分子形成氫鍵個數為： ，故總共形成氫鍵數為：20×=30，故答案為：30；

②冰中氫鍵的作用能為18.8kJmol-1，而冰熔化熱為5.0kJmol-1，說明冰熔化為液態水時只是破壞了一部分氫鍵，并且液態水中仍在氫鍵，故答案為：液態水中仍然存在大量氫鍵；

(5)底心晶胞的特征是：將晶胞的框架的頂角移至晶胞的某一對面的中心所得的新晶胞與原晶胞無差別。說明晶胞里的半數原子是另半數原子作“底心平移”的產物，即該晶胞是結構基元的2倍體。A、B、C編序與底心符號是一致的(參考圖中的坐標系)，但只有將晶胞框架的頂角移至ac面的面心，所得新晶胞才與原晶胞無差別，若移至bc面心或ab面心，得到的新晶胞中的原子坐標不同于原晶胞，因此不能作A或C平移，故碘是B底心；故選B；

(6)①根據圖(b)可知，沿C軸的投影，可以看到四邊形的四個頂點上個有1個碳原子，結合圖(a)，視圖為，下面一層有一個碳原子位于該原子的對稱位置，因此沿C軸的投影為，故答案為：；

②在石墨晶體中每個碳原子與三個正六邊形相連，而每個正六邊形有六個碳原子，所以每個碳原子實際占有的六邊形的數目為0，5個，12g碳含有1mol碳原子，所以含有0.5mol六邊形，在石墨晶體中，每個六棱柱含有12×=2個碳原子，而六棱柱的體積為1502×300×1030cm3，根據ρ＝可以計算出密度為=g/cm3=2.3g/cm3，故答案為：/span>2.3。