Question

【題目】甲烷作為天然氣、頁巖氣、可燃冰的主要成分，擁有最穩(wěn)定的烷烴分子結(jié)構(gòu)，具有高度的四面體對稱性，極難在溫和的條件下對其活化。因此，甲烷的選擇活化和定向轉(zhuǎn)化一直是世界性的難題。我國科學(xué)家經(jīng)過長達(dá)6年的努力，研制成功一系列石墨烯限域的3d過渡金屬中心(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)催化劑材料，在室溫條件下以H2O2為氧化劑直接將甲烷氧化成C1（只含一個C原子）含氧化合物，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是甲烷化學(xué)領(lǐng)域的重要突破。請回答下列問題：

(1)Cu原子基態(tài)原子的外圍電子排布式為____________。

(2)石墨烯限域單原子鐵能活化CH4分子中的C－H鍵，導(dǎo)致C與H之間的作用力_____(減弱”或“不變”)。鐵晶體中粒子之間作用力類型是__________________。

(3)常溫下，H2O2氧化CH4生成CH3OH、HCHO、 HCOOH等。

①它們的沸點分別為64.7、－195℃、100.8℃，其主要原因是_________________；

②CH4 和HCHO比較，鍵角較大的是_________，主要原因是_____________。

(4)配離子的顏色與d－d電子躍遷的分裂能大小有關(guān)，1個電子從較低的d軌道躍遷到較高能量的軌道所需的能量為的分裂能，用符號△表示。分裂能△[Co(H2O)62+]_____________△[Co(H2O)63+](填“>”“<”或“=”)，理由是_________________。

(5)鈷晶胞和白銅(銅鎳合金)晶胞分別如圖1、圖2所示。

①鈷晶胞堆積方式的名稱為____________；

②已知白銅晶胞的密度為dg·cm－3 ，NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值。圖2晶胞中兩個面心上銅原子最短核間距為_____________pm(列出計算式)。

Answer 1

【答案】3d10s1; 減弱； 金屬鍵； CH3OH、HCOOH中存在氫鍵，CH3OH中氫鍵較弱，而HCHO只存在范德華力； HCHO CH4構(gòu)型為正四面體，鍵角為109。28〃，HCHO為平面三角形，鍵角為120。； <； 前者帶2個正電荷，后者帶3個正電荷，后者對電子的吸引能力較大； 六方最密堆積；

【解析】

(1)Cu原子基態(tài)原子的外圍電子排布式為3d10s1;

(2)石墨烯限域單原子鐵能活化CH4分子中的C－H鍵，導(dǎo)致C與H之間的作用力減弱。鐵晶體中粒子之間作用力類型為金屬鍵。

(3) ①常溫下 CH3OH、HCHO、 HCOOH的沸點不同，是因為CH3OH與HCOOH有氫鍵，且CH3OH中氫鍵比HCOOH中氫鍵弱，而HCHO中只有范德華力。

②CH4 和HCHO比較，鍵角較大的是CH4，主要原因是CH4構(gòu)型為正四面體，鍵角為109。28〃，HCHO為平面三角形，鍵角為120。；

(4)由于Co(H2O)62+帶2個正電荷，Co(H2O)63+帶3個正電荷，后者對電子的吸引能力較大；所以分裂能前者小于后者；

(5) ①鈷晶胞堆積方式的名稱為六方最密堆積；

②由圖可知，白銅晶胞中含有Ni原子1個，Cu原子3個，根據(jù)密度公式 ，可得出 ，所以兩個面心上銅原子最短核間距為pm。