Question

12．海洋是巨大的資源寶庫，具有美好的前景．
（1）“蛟龍”號(hào)潛水器通過機(jī)械手成功從海底取得“多金屬結(jié)核”樣本，樣本含鐵、錳等多種金屬．基態(tài)錳原子的電子排布式為[Ar]3d⁵4s²
（2）水溶液中，過硫酸鹽可以將Mn²⁺ 氧化成MnO₄^-．H₂S₂O₈的結(jié)構(gòu)如圖所示．
①H₂S₂O₈中硫原子的軌道雜化方式為sp³
②上述反應(yīng)中被還原的元素為硫
③上述反應(yīng)每生成1mol MnO₄^- 時(shí)，S₂O₈^2-斷裂的鍵的類型是非極性共價(jià)鍵，數(shù)目為2.5N_A
（3）海底還蘊(yùn)藏著大量“可燃冰”．“可燃冰”實(shí)際上是由盛有甲烷、氮?dú)狻⒘蚧瘹涞确肿拥乃�分子籠構(gòu)成的水合物晶體．
①N、O、S三種元素第一電離能由大到小的順序?yàn)镹＞O＞S（填元素符號(hào)）
②一種甲烷水合物晶體中，平均每46個(gè)水分子構(gòu)成8個(gè)籠，每個(gè)分子籠可容納1個(gè)甲烷分子或水分子．若這8個(gè)分子籠中有6個(gè)容納是甲烷分子，另外2個(gè)被水分子填充，這種可燃冰的平均組成可表示為CH₄•8H₂O．
③水分子籠多種多樣，如圖是一種水分子籠的結(jié)構(gòu)示意圖（“O”表示水分子），其中包含的氫鍵數(shù)為30．
④實(shí)驗(yàn)測(cè)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，其原因可能是液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵．

Answer 1

分析 （1）錳原子序數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則綜合考慮，寫出核外電子排布式；
（2）①根據(jù)價(jià)層電子對(duì)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)，結(jié)合S₂O₈ ^2-結(jié)構(gòu)判斷雜化類型；
②氧化還原反應(yīng)中，元素的化合價(jià)降低，被還原；
③活潑金屬和活潑非金屬元素之間易形成離子鍵，不同非金屬元素之間易形成極性鍵、同種非金屬元素之間易形成非極性鍵，根據(jù)S₂O₈ ^2-結(jié)構(gòu)分析解答；
（3）①同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢(shì)，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；同主族從上到下，元素的第一電離逐漸減��；
②根據(jù)題中關(guān)于天然氣水合物構(gòu)成的描述，晶體中每8個(gè)籠中有6個(gè)容納了CH₄分子，另外2個(gè)被2個(gè)游離的H₂O分子所填充，推斷該天然氣水合物的構(gòu)成中CH₄分子與H₂O分子的粒子數(shù)的比，判斷天然氣水合物的平均組成的表示式；
③由此結(jié)構(gòu)可知，此單元中含有水分子的個(gè)數(shù)為：20，其中每個(gè)水分子屬于三個(gè)五元環(huán)，據(jù)此計(jì)算氫鍵；
④冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時(shí)只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵．

解答 解：（1）錳原子序數(shù)為25，質(zhì)子數(shù)為25，原子核外電子數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規(guī)則，Mn的電子排布式為[Ar]3d⁵4s²，
故答案為：[Ar]3d⁵4s²；
（2）①H₂S₂O₈中，硫原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)=σ 鍵電子對(duì)+中心原子上的孤電子對(duì)=4+$\frac{1}{2}$（6-4×1-2）=4，所以采取sp³雜化，
故答案為：sp³雜化； 
②過硫酸鹽可以將Mn²⁺ 氧化成MnO₄^-，反應(yīng)2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺中，該反應(yīng)中，Mn元素的化合價(jià)升高（+2→+7），S元素的化合價(jià)降低（+7→+6），所以被還原的元素為S，
故答案為：硫；
③由反應(yīng)可知，Mn元素的化合價(jià)升高（+2→+7），S元素的化合價(jià)降低（+7→+6），生成10molSO₄^2-轉(zhuǎn)移電子10mol電子，則每生成1 mol MnO₄^-，轉(zhuǎn)移電子5mol電子，S₂O₈ ^2-斷裂2.5mol（或2.5N_A）O-O間非極性共價(jià)鍵，
故答案為：非極性鍵；2.5N_A；
（3）①同一周期元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大的趨勢(shì)，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素，同主族從上到下，元素的第一電離能逐漸減小，所以N、O、S三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)椋篘＞O＞S，
故答案為：N＞O＞S； 
②平均每46個(gè)水分子構(gòu)成8個(gè)籠，晶體中每8個(gè)籠中有6個(gè)容納了CH₄分子，另外2個(gè)被2個(gè)游離的H₂O分子所填充；所以天然氣水合物的構(gòu)成中含6個(gè)CH₄分子、46+2=48個(gè)H₂O分子，
則CH₄分子與H₂O分子粒子數(shù)比=6：48=1：8，可判斷天然氣水合物的平均組成可表示為CH₄•8H₂O，
故答案為：CH₄•8H₂O；
③由此結(jié)構(gòu)可知，此單元中含有水分子的個(gè)數(shù)為：20，其中每個(gè)水分子形成的氫鍵屬于2個(gè)五元環(huán)，故每個(gè)水分子形成氫鍵個(gè)數(shù)為：$\frac{3}{2}$，故總共形成氫鍵數(shù)為：20×$\frac{3}{2}$=30，
故答案為：30；
④冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰熔化熱為5.0kJ•mol^-1，說明冰熔化為液態(tài)水時(shí)只是破壞了一部分氫鍵，并且液態(tài)水中仍在氫鍵，
故答案為：液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵．

點(diǎn)評(píng) 本題考查核外電子排布、氧化還原反應(yīng)、第一電離能、雜化、共價(jià)鍵類型等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，氧化還原反應(yīng)須把握反應(yīng)中元素的化合價(jià)變化，熟練應(yīng)用雜化理論，掌握第一電離能變化規(guī)律為解答的關(guān)鍵，注意可燃冰的結(jié)構(gòu)，題目難度中等．