Question

3．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$\frac{\underline{\;Ag-\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺

（1）基態(tài)錳原子的核外價電子排布式為3d⁵4s²
（2）上述反應涉及的元素屬于同主族元素，其第一電離能由大到小的順序為O＞S（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sp³雜化．
②上述反應每生成1mol MnO₄^-，S₂O₈^2-斷裂的共價鍵類型為非極性鍵（填“極性鍵”、“非極性鍵”或“極性鍵和非極性鍵”），其數(shù)目為2.5N_A．
（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如圖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30；
②實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.8kJ•mol^-1，而冰的熔化熱只有5.0kJ•mol^-1，其原因可能是液態(tài)水中仍然存在大量氫鍵．

Answer 1

分析 （1）錳原子序數(shù)為25，根據(jù)構造原理寫出其電子排布式；
（2）2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;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，質子數(shù)為25，原子核外電子數(shù)為25，根據(jù)能量最低原則，錳的電子排布式為：[Ar]3d⁵4s²，價電子排布式為：3d⁵4s²；
故答案為：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+$\frac{1}{2}$（6-4×1-2）=4，所以采取sp³雜化；
故答案為：sp³雜化；
②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1molMnO₄^-，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$\frac{3}{2}$，故總共形成氫鍵數(shù)為：20×$\frac{3}{2}$=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 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、電離能、雜化方式、氫鍵等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．