Question

鋼鐵分析中常用過硫酸鹽氧化法測定鋼中錳的含量，反應原理為：
2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O

Ag+  .

2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
（1）基態(tài)錳原子的核外電子排布式為

 

．
（2）上述反應涉及的元素屬干同主族元素，其第一電離能由大到小的順序為

 

（填元素符號）．
（3）已知H₂S₂O₈的結構如圖1．

①H₂S₂O₈硫原子的軌道雜化方式為

 

②上述反應中被還原的元素為

 

．
③上述反應每生成1mol MnO₄^-S₂O₈^2-斷裂的共價鍵類型及其數(shù)目為

 

．
（4）一定條件下，水分子間可通過O一H…O氫鍵將從H₂O分子結合成三維骨架結構，其中的多面體孔穴中可包容氣體小分子，形成籠形水合包合物晶體
①圖2是一種由水分子構成的正十二面體骨架（“o”表示水分子），其包含的氫鍵數(shù)為

 

；
②實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.8目kJ?mol^-1，而冰的熔化熱為5.0kJ?mol^-1，其原因可能是

 

．

Answer 1

考點：元素電離能、電負性的含義及應用,物質(zhì)結構中的化學鍵數(shù)目計算,原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷,氫鍵的存在對物質(zhì)性質(zhì)的影響

專題：

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）反應2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O

Ag+  .

2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺中，涉及的元素屬干同主族元素為O和S，同主族，自上而下第一電離能降低；
（3）①根據(jù)價層電子對=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對，結合S₂O₈ ^2-結構判斷雜化類型；
②氧化還原反應中，元素的化合價降低，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-結構分析解答；
（4）①由此結構可知，此單元中含有水分子的個數(shù)為：20，其中每個水分子屬于三個五元環(huán)，據(jù)此計算氫鍵；
②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）同主族自上而下第一電離能減小，O、S同主族，所以第一電離能由大到小的順序為O＞S，故答案為：O＞S；
（3）①H₂S₂O₈中，硫原子價層電子對數(shù)=σ 鍵電子對+中心原子上的孤電子對=4+

1

2

（6-4×1-2）=4，所以采取sp³雜化，故答案為：sp³雜化；
②該反應中，Mn元素的化合價升高（+2→+7），S元素的化合價降低（+7→+6），所以被還原的元素為S，故答案為：S；
③由反應可知，Mn元素的化合價升高（+2→+7），S元素的化合價降低（+7→+6），生成10molSO₄^2-轉移電子10mol電子，則每生成1 mol MnO₄^-，轉移電子5mol電子，S₂O₈ ^2-斷裂2.5mol（或2.5N_A）O-O間非極性共價鍵，故答案為：非極性鍵、2.5N_A；
（4）①由此結構可知，此單元中含有水分子的個數(shù)為：20，其中每個水分子形成的氫鍵屬于2個五元環(huán)，故每個水分子形成氫鍵個數(shù)為：

3

2

，故總共形成氫鍵數(shù)為：20×

3

2

=30，故答案為：30；
②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．

點評：本題考查核外電子排布、氧化還原反應、第一電離能、雜化、共價鍵類型、晶胞的計算等知識點，為高頻考點，氧化還原反應須把握反應中元素的化合價變化，熟練應用雜化理論，掌握第一電離能變化規(guī)律為解答的關鍵，題目難度中等．