Question

16．Fe、Cu、Mn三種元素的單質(zhì)及化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用．
（l） MnO₂是一種多功能材料，工業(yè)上常以Mn（NO₃）₂．6H₂O和尿素[CO（NH₂）₂]、氧化劑等為原料制備．尿素分子中碳原子的雜化軌道類型為sp²，l mol尿素分子中含有的σ鍵數(shù)為7×6.02×10²³．
（2）某學(xué)習(xí)小組擬以廢舊于電池為原料制取錳，簡易流程如下：

①用濃鹽酸溶解二氧化錳需保持通風(fēng)，原因是MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O（用化學(xué)方程式表示）．
②寫出碳酸錳在空氣中灼燒生成四氧化三錳的化學(xué)方程式6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂．
（3）①基態(tài)銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，與Cu同周期且原子序數(shù)最小的第Ⅷ族元素，其基態(tài)原子核外有3個(gè)未成對(duì)電子．
②圖1是Cu₂0的晶胞結(jié)構(gòu)，晶胞的邊長為acm．則Cu₂O的密度為$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³（用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)的值）．
（4）①綠礬（FeS0₄•7H₂O）是補(bǔ)血?jiǎng)┑脑�料，保存不�?dāng)易變質(zhì)．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)綠礬是否完全變質(zhì)取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質(zhì)（或滴加鐵氰化鉀溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，則樣品沒有完全變質(zhì)．

②以羰基化合物為載體，提純某納米級(jí)活性鐵粉（含有一些不反應(yīng)的雜質(zhì)），反應(yīng)裝置如圖2．已知：Fe（s）+5CO（g）?Fe（CO）₅ △H＜0，常壓下，F(xiàn)e（ CO）s的熔點(diǎn)約為-20.3℃，沸點(diǎn)為103.6℃，則Fe（ CO）的晶體類型為分子晶體．請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理解釋T₁＜T₂的原因鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時(shí)放出熱量，低溫有利于合成易揮發(fā)的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發(fā)，雜質(zhì)殘留在玻璃管左端；當(dāng)羰基合鐵揮發(fā)到高溫區(qū)T₂時(shí)，即升溫平衡逆向移動(dòng)，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂．

Answer 1

分析 （1）尿素分子中C原子形成3個(gè)σ鍵、沒有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3，每個(gè)分子中含有7個(gè)σ鍵；
（1）鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生氯氣，濾液中含有氯化錳，加入碳酸銨可生成碳酸錳，經(jīng)高溫生成Mn₃O₄，最后用熱還原法生成Mn．
①氯氣是有毒氣體，要保持通風(fēng)，避免中毒；
②碳酸錳在空氣中灼燒時(shí)有氧氣參與反應(yīng)，同時(shí)生成二氧化碳；
（3）①銅原子核外電子數(shù)為29，根據(jù)能量最低原理書寫電子排布式；與Cu同周期且原子序數(shù)最小的第Ⅷ族元素為Fe，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；
②根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中白色球、黑色球數(shù)目，結(jié)合化學(xué)式判斷晶胞中Cu、O原子數(shù)目，再計(jì)算晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶胞密度；
（4）①綠礬變質(zhì)時(shí)亞鐵離子被氧化為鐵離子，檢驗(yàn)綠礬是否完全變質(zhì)可以檢驗(yàn)是否含有亞鐵離子；
②Fe（ CO）的熔沸點(diǎn)低，應(yīng)屬于分子晶體；
鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時(shí)放出熱量，低溫有利于合成易揮發(fā)的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發(fā)，雜質(zhì)殘留在玻璃管左端；當(dāng)羰基合鐵揮發(fā)到高溫區(qū)T₂時(shí)，即升溫平衡逆向移動(dòng)，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端．

解答 解：（1）尿素分子的結(jié)構(gòu)簡式為，雜化軌道數(shù)目為3，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，每個(gè)分子中含有7個(gè)σ鍵，所以1mol尿素中含有7molσ鍵，含有的σ鍵數(shù)為7×6.02×10²³，
故答案為：sp²；7×6.02×10²³；
（2）鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生氯氣，濾液中含有氯化錳，加入碳酸銨可生成碳酸錳，經(jīng)高溫生成Mn₃O₄，最后用熱還原法生成Mn．
①濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng)產(chǎn)生氯氣，氯氣是有毒氣體，要保持通風(fēng)，避免中毒，反應(yīng)方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
②碳酸錳在空氣中灼燒時(shí)有氧氣參與反應(yīng)，同時(shí)生成二氧化碳，反應(yīng)的方程式為6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂，
故答案為：6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂；
（3）①銅原子核外電子數(shù)為29，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，與Cu同周期且原子序數(shù)最小的第Ⅷ族元素為Fe，其基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，3d能級(jí)有4個(gè)未成對(duì)電子，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；4；
②晶胞中白色球數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，黑色球數(shù)目為4，故白色球?yàn)镺原子、黑色球?yàn)镃u原子，晶胞質(zhì)量為$\frac{2×144}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度為$\frac{2×144}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$；
（4）①綠礬變質(zhì)時(shí)亞鐵離子被氧化為鐵離子，實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)綠礬是否完全變質(zhì)方法為：取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質(zhì)（或滴加鐵氰化鉀溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，則樣品沒有完全變質(zhì)，
故答案為：取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質(zhì)（或滴加鐵氰化鉀溶液，產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，則樣品沒有完全變質(zhì)；
②Fe（ CO）的熔沸點(diǎn)低，應(yīng)屬于分子晶體；
鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時(shí)放出熱量，低溫有利于合成易揮發(fā)的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發(fā)，雜質(zhì)殘留在玻璃管左端；當(dāng)羰基合鐵揮發(fā)到高溫區(qū)T₂時(shí)，即升溫平衡逆向移動(dòng)，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂，
故答案為：分子晶體；鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時(shí)放出熱量，低溫有利于合成易揮發(fā)的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發(fā)，雜質(zhì)殘留在玻璃管左端；當(dāng)羰基合鐵揮發(fā)到高溫區(qū)T₂時(shí)，即升溫平衡逆向移動(dòng)，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、晶胞計(jì)算、平衡移動(dòng)原理應(yīng)用、晶體類型與性質(zhì)、核外電子排布、雜化方式等，實(shí)．驗(yàn)拼合型題目，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等