Question

【題目】KMnO4(s)受熱分解制備氧氣是實(shí)驗(yàn)室制氧氣的常用方法，它也是一種高效氧化劑，是氧化還原滴定實(shí)驗(yàn)中常用的試劑，可以作為標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定一些具有還原性的物質(zhì)(Fe2+、C2O42-等)的溶液，如5C2O42-+2MnO4-+l6H++4H2O=2[Mn(H2O)6]2++10CO2↑。

(1)基態(tài)Mn2+的核外電排布式為___。

(2)如果在空氣中焙燒KMnO4，可獲得Mn3O4(可改寫為MnOMn2O3)，則Mn3O4中Mn的化合價(jià)為___。

(3)石墨烯（如圖A)是一種由碳原子組成六邊形呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，當(dāng)石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯（如圖B)。

石墨烯結(jié)構(gòu)中1號C的雜化方式為___；該C與相鄰的兩個(gè)C形成的鍵角___（填“>”“<”“=”)l20。氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中1號C與相鄰C___（填“有”或“沒有”)形成π鍵。

(4)鐵形成的晶體類型因?yàn)殍F原子排列方式的不同而不同，其中一種晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。晶體中鐵原子周圍距離最近且等距的鐵原子數(shù)為___。形成鐵碳合金時(shí)，存在一種碳原子插入到晶胞中每條棱的中點(diǎn)和晶胞的體心的結(jié)構(gòu)，該物質(zhì)的化學(xué)式為___；設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，該鐵碳晶胞的晶胞參數(shù)為apm，則C原子間的最短距離為______pm，該鐵碳晶胞的密度為___ gcm-3。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d5 +2、+3 sp2 = 沒有 12 FeC

【解析】

(1)~(3)可先寫出Mn的電子排布式，然后寫出Mn2+的電子排布式，或利用Fe2+進(jìn)行類推；把Mn3O4改寫為MnOMn2O3，利用各化合物中元素的化合價(jià)關(guān)系，確定Mn元素的化合價(jià)。由圖形中原子的價(jià)電子排布，確定C原子發(fā)生的雜化，便可確定鍵角及鍵型。

(4)由鐵原子所在位置，可確定晶體中鐵原子周圍距離最近且等距的鐵原子，都是位于某個(gè)頂點(diǎn)Fe周圍面心上的Fe原子；由Fe、C原子所在位置，可確定晶胞中所含Fe、C原子的個(gè)數(shù)，從而確定最簡整數(shù)比，最終確定化學(xué)式；碳原子間的最短距離，應(yīng)為一個(gè)面上棱中點(diǎn)連線，即等邊直角三角形的斜邊。一個(gè)晶胞的質(zhì)量除以一個(gè)晶胞的體積，便得晶胞的密度。

(1)基態(tài)Mn的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，則Mn2+的核外電排布式為1s22s22p63s23p63d5。答案為：1s22s22p63s23p63d5；

(2)將Mn3O4改寫為MnOMn2O3，MnO中Mn顯+2價(jià)，Mn2O3中Mn顯+3價(jià)，則Mn3O4中Mn的化合價(jià)為+2、+3。答案為：+2、+3；

(3)石墨烯結(jié)構(gòu)中1號C的價(jià)層電子對數(shù)為3，雜化方式為sp2；該C與相鄰的兩個(gè)C形成平面正三角形，鍵角=l20。氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中1號C與相鄰4個(gè)C形成共價(jià)鍵，即發(fā)生sp3雜化，所以沒有形成π鍵。答案為：sp2；=；沒有；

(4)晶體中鐵原子位于晶胞的頂點(diǎn)和面心，頂點(diǎn)Fe原子所屬三個(gè)面的面心上的Fe原子與它距離最近且等距，則鐵原子數(shù)為=12。形成鐵碳合金時(shí)，存在一種碳原子插入到晶胞中每條棱的中點(diǎn)和晶胞的體心的結(jié)構(gòu)，該晶胞中所含Fe原子數(shù)為8×+6×=4，所含C原子數(shù)為12×+1=4，Fe、C原子個(gè)數(shù)為1：1，所以該物質(zhì)的化學(xué)式為FeC。由前面分析知，C原子間的最短距離為同一面上兩條邊的中點(diǎn)連線，即構(gòu)成等腰直角三角形，直角邊長為pm，C原子間的最短距離為斜邊邊長，即為pm，該鐵碳晶胞的密度為=gcm-3。答案為：12；FeC；；。