Question

【題目】錳及其化合物用途非常廣泛,請(qǐng)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(jià)電子構(gòu)型為3d4，不屬于較穩(wěn)定的電子構(gòu)型

B.根據(jù)Mn2+的電子構(gòu)型可知，Mn4+中不含成對(duì)電子

C.Mn2+易被氧化，可能是因?yàn)?/span>Mn2+軌道內(nèi)有大量自旋方向相同的電子

D.Mn2+與Fe3+具有相同的價(jià)電子構(gòu)型，所以它們的化學(xué)性質(zhì)相似

(2)錳的一種配合物的化學(xué)式為[ Mn( CO)5( CH3CN)]。配體CH3CN與中心原子形成配位鍵時(shí)，提供孤對(duì)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(fā)現(xiàn),在成甲醇反應(yīng)(CO2 +3H2=CH3OH +H2O)中，CO氧化物負(fù)載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性。反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中，沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?/span>___________，原因是________________，硝酸錳是制備上述反應(yīng)催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學(xué)鍵除了σ鍵外，還存在______，NO的空間構(gòu)型是______________(用文字描述)。

(4)某錳氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該錳氧化物的化學(xué)式為___________，該晶體中Mn的配位數(shù)是_______，該晶體中Mn之間的最近距離為_____cm(用含a、b的代數(shù)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(duì)分子質(zhì)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(jù)Mn2+ 和Mn4+的結(jié)構(gòu)分析；

(2)CH3CN分子中有3個(gè)CH鍵、1個(gè)CC鍵、1個(gè)C≡N鍵，只有N原子有1對(duì)孤電子對(duì)，分子中甲基中碳原子形成4個(gè)σ鍵、另一個(gè)碳原子形成2個(gè)σ鍵，都沒有孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)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(jié)合氫鍵數(shù)目和相對(duì)分子質(zhì)量判斷，用價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷空間構(gòu)型；

(4)用均攤法計(jì)算化學(xué)式，并結(jié)合微粒的空間排列確定Mn的配位數(shù)。由晶胞結(jié)構(gòu)可知：在該晶胞中距離相等且最近的2個(gè)Mn在晶胞體對(duì)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(wěn)定，Mn3+容易變成電子半充滿的穩(wěn)定的價(jià)電子構(gòu)型為3d5的Mn2+，3d4則屬于不穩(wěn)定的電子構(gòu)型，故A正確；

B．Mn4+中價(jià)電子層不含成對(duì)電子，但是內(nèi)層中含有成對(duì)電子，故B錯(cuò)誤；

C．Mn2+內(nèi)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(nèi)含有大量自旋方向相同的電子無關(guān)，故C錯(cuò)誤；

D．Mn2+與Fe3+具有相同的價(jià)電子構(gòu)型，微粒的化學(xué)性質(zhì)不僅與價(jià)電子構(gòu)型有關(guān)，也和微粒的電荷數(shù)、微粒半徑、原子序數(shù)有關(guān)，因此它們的化學(xué)性質(zhì)不相似，Mn2+具有強(qiáng)的還原性，而Fe3+具有較強(qiáng)的氧化性，故D錯(cuò)誤；

答案選A；

(2) CH3CN分子中有3個(gè)CH鍵、1個(gè)CC鍵、1個(gè)C≡N鍵，只有N原子有1對(duì)孤電子對(duì)，提供孤對(duì)電子的原子是N原子；分子中甲基中碳原子形成4個(gè)σ鍵、另一個(gè)碳原子形成2個(gè)σ鍵，都沒有孤電子對(duì)，雜化軌道數(shù)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(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量較大，范德華力較大，所以在CO2低壓合成甲醇反應(yīng)所涉及的4種物質(zhì)中，沸點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?/span>H2O＞CH3OH＞CO2＞H2；硝酸錳是制備上述反應(yīng)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(xué)鍵除了σ鍵外，還含有π鍵和離子鍵；NO的中心原子是氮，價(jià)層電子對(duì)數(shù)是，它的雜化方式為sp2雜化，NO的空間構(gòu)型是平面三角形；

(4)在該晶體中含有的Mn原子個(gè)數(shù)為：×8+1=2，含有的O原子數(shù)目為×4+2=4，Mn：O=2：4=1：2，所以該錳的氧化物的化學(xué)式為MnO2；根據(jù)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(gè)，所以Mn的配位數(shù)為6；由晶胞結(jié)構(gòu)可知：在該晶胞中距離相等且最近的2個(gè)Mn在晶胞體對(duì)角線的一半，晶胞的體對(duì)角線為，所以該晶體中Mn之間的最近距離為=cm。