Question

6．過渡金屬元素及其化合物的應用研究是目前科學研究的前沿之一．試回答下列問題：
（1）二氧化鈦作光催化劑能將居室污染物甲醛、苯等有害氣體轉化為二氧化碳和水，達到無害化．有關甲醛、苯、二氧化碳及水說法正確的是ACD．
A．苯與B₃N₃H₆互為等電子體，且分子中原子共平面
B．甲醛、苯和二氧化碳中碳原子均采用sp²雜化
C．苯、二氧化碳是非極性分子，水和甲醛是極性分子
D．水的沸點比甲醛高得多，是因為水分子間能形成氫鍵
（2）二茂鐵又叫雙環(huán)戊二烯基鐵[化學式：Fe（C₅H₅）₂]，結構如1圖所示，是一種具有芳香族性質的有機金屬化合物．外觀為橙色，熔點為172℃，沸點249℃，100℃以上能升華；不溶于水，溶于甲醇、乙醇等有機溶劑中．其中Fe²⁺離子與兩個環(huán)戊二烯基是依靠配位鍵連接．二茂鐵[Fe（C₅H₅）₂]屬于分子晶體．
（3）錳類金屬添加劑不僅可有效提高辛烷值，而且可大大減少汽車尾氣中CO、NO_x、C₂H₄等物質排放，再經(jīng)催化轉化為CO₂、N₂等．
①CMT是一種錳類金屬添加劑，其結構如圖3．結合上一問，C₅H₅Mn（CO）₃中錳的價態(tài)是+1．

②錳的氧化物可與鑭的氧化物合成汽車尾氣凈化催化劑．某錳的氧化物晶胞結構如圖2所示，1個晶胞中Mn⁴⁺數(shù)目為2．
（4）銅的第一電離能（I₁）小于鋅的第一電離能，而銅的第二電離能（I₂）卻大于鋅的第二電離能，其主要原因是Zn失去一個電子變成結構為[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，Cu失去一個電子成為Cu⁺后，核外電子排布為[Ar]3d¹⁰，屬于能量較低的穩(wěn)定結構，所以Cu第二電離能相對較大．

電離能/kJ•mol-1	I1	I2
銅	746	1958
鋅	906	1733

Answer 1

分析 （1）A．價電子總數(shù)相等、原子數(shù)也相等微�；榈入娮芋w，等電子體結構相似；
B．甲醛、苯分子中碳原子均形成3個σ鍵，二氧化碳中碳原子均形成2個σ鍵，均沒有孤電子對；
C．分子中正負電荷重心重合的為非極性分子，正負電荷重心不重合的為極性分子；
D．水分子之間形成氫鍵，沸點較高；
（2）二茂鐵熔沸點低，能升華，易溶于有機溶劑，應屬于分子晶體；
（3）①CO與Mn之間形成配位鍵，環(huán)戊二烯的分子式為C₅H₆，去掉一個H原子形成C₅H₅^-，根據(jù)化合價規(guī)則可以判斷Mn元素化合價；
②根據(jù)均攤法計算晶胞中Mn⁴⁺數(shù)目；
（4）軌道中電子處于全滿、全空、半滿時較穩(wěn)定．

解答 解：（1）A．苯與B₃N₃H₆價電子總數(shù)相等，原子數(shù)也相等互為等電子體，苯與B₃N₃H₆均為平面結構，分子中原子共平面，故A正確；
B．甲醛、苯分子中碳原子均形成3個σ鍵，二氧化碳中碳原子均形成2個σ鍵，均沒有孤電子對，甲醛、苯分子中碳原子采用sp²雜化，二氧化碳分子中C原子采取sp雜化，故B錯誤；
C．苯、二氧化碳分子的空間結構對稱是非極性分子，甲醛分子的空間結構不對稱屬于極性分子，故C正確；
D．水的沸點比甲醛高得多，是因為水分子間能形成氫鍵，故D正確；
故選：ACD；
（2）二茂鐵熔沸點低，能升華，易溶于有機溶劑，應屬于分子晶體，故答案為：分子；
（3）①CO與Mn之間形成配位鍵，環(huán)戊二烯的分子式為C₅H₆，去掉一個H原子形成C₅H₅^-，根據(jù)化合價規(guī)則，可知Mn元素化合價為+1，故答案為：+1；
②晶胞中Mn⁴⁺數(shù)目數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，故答案為：2；
（4）軌道中電子處于全滿、全空、半滿時較穩(wěn)定，所以氣態(tài)Cu失去一個電子變成結構為[Ar]3d¹⁰的Cu⁺，能量較低，所以Cu的第二電離能相對較大（或氣態(tài)Zn失去一個電子變成結構為[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，易再失去一個電子，所以Zn的第二電離能相對較�。�
故答案為：Zn失去一個電子變成結構為[Ar]3d¹⁰4s¹的Zn⁺，Cu失去一個電子成為Cu⁺后，核外電子排布為[Ar]3d¹⁰，屬于能量較低的穩(wěn)定結構，所以Cu第二電離能相對較大．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及等電子體、雜化方式、分子構型、分子極性、氫鍵、晶體類型與性質、配合物、晶胞計算、電離能等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．