Question

【題目】水是地球上最常見的物質(zhì)之一，是所有生命生存的重要資源。

(1)鍵和鍵是共價(jià)鍵的兩種基本類型，則H2O分子中含有的共價(jià)鍵數(shù)目和類型為________；水溶液中存在H3O+離子，寫出該微粒的結(jié)構(gòu)式________（標(biāo)出配位鍵）。

(2)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在特殊條件下，水能表現(xiàn)出許多種有趣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

①一定條件下給水施加一個(gè)弱電場，常溫常壓下水結(jié)成冰，俗稱“熱冰”，其計(jì)算機(jī)模擬圖如下：

使水結(jié)成“熱冰”采用“弱電場”的條件，說明水分子是______分子。下列物質(zhì)熔化時(shí)，所克服的微粒間的作用與“熱冰”熔化時(shí)所克服的作用力類型完全相同的是______。

A.固態(tài)氨 B.食鹽 C.干冰 D.金剛石

②用高能射線照射液態(tài)水時(shí)，一個(gè)水分子能釋放出一個(gè)電子，同時(shí)產(chǎn)生一種陽離子。產(chǎn)生的陽離子具有較強(qiáng)的氧化性，試寫出該陽離子與SO2的水溶液反應(yīng)的離子方程式__________；該陽離子還能與水作用生成羥基，經(jīng)測定此時(shí)的水具有酸性，寫出該過程的離子方程式____________________。

(3)水的性質(zhì)中的一些特殊現(xiàn)象對于生命的存在意義非凡，請解釋水的分解溫度遠(yuǎn)高于其沸點(diǎn)的原因______________________；試從結(jié)構(gòu)的角度分析固態(tài)水(冰)的密度小于液態(tài)水的密度的原因是___________________________。

(4)甲烷的氣體水合物晶體稱為可燃冰，存在于海底和冰川底部，是巨大的潛在能源。在可燃冰晶體中，甲烷分子裝在水分子構(gòu)成的籠內(nèi)，假設(shè)可燃冰晶體中的水籠里裝的都是甲烷，理想的可燃冰晶胞組成為8CH4·46H2O，X-射線衍射分析表明，可燃冰晶體屬于立方晶體，晶胞參數(shù)a=1200pm。則該晶體的密度為________g/cm3(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

Answer 1

【答案】2個(gè)σ鍵 極性 A 2H2O++SO2=4H++SO42- H2O++H2O=H3O++-OH 水分解需要破壞分子內(nèi)部的極性鍵，水的氣化只需破壞分子間的范德華力與氫鍵即可，而極性鍵遠(yuǎn)比分子間的范德華了與氫鍵強(qiáng)得多 在冰的晶體中，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子，使冰晶體中水分子的空間利用率不高，分子之間的空隙較大，密度較小 0.92

【解析】

(1)根據(jù)H、O原子結(jié)構(gòu)及形成的化學(xué)鍵判斷；根據(jù)O原子具有孤對電子，而H+具有空軌道分析H3O+的形成；

(2)①極性分子能在磁場作用下凝結(jié)；然后根據(jù)題目給出物質(zhì)判斷是否為極性分子分析；

②由水分子釋放出電子時(shí)產(chǎn)生的一種陽離子可以表示成H2O+，根據(jù)題中信息判斷生成物，進(jìn)而書寫反應(yīng)的離子方程式；

(3)根據(jù)水的晶體類型、熔化與分解時(shí)破壞的作用力類型的不同及強(qiáng)弱大小分析；并從分子排列的是否有序、分子間距離大小分析密度的變化；

(4)根據(jù)ρ=進(jìn)行計(jì)算。

(1)在H2O中O原子與2個(gè)H原子分別形成1對共用電子對，共價(jià)單鍵都是σ鍵，因此H2O中含有2個(gè)σ鍵；在H2O的O原子上具有孤對電子，而H+只有原子核，所以當(dāng)H+與H2O接近時(shí)，H2O中O原子與H+形成配位鍵，從而結(jié)合形成H3O+，該微粒的結(jié)構(gòu)式為；

(2)①水在磁場作用下發(fā)生凝結(jié)，說明水分子為極性分子；

在給出的四種物質(zhì)中，食鹽是離子晶體，金剛石是原子晶體，氨、干冰為分子晶體，由分子構(gòu)成，其中干冰是固體CO2，CO2分子是非極性分子，氨分子是極性分子，因此只有固態(tài)氨熔化時(shí)，所克服的微粒間的作用與熱冰相同，合理選項(xiàng)是A；

②由水分子釋放出電子時(shí)產(chǎn)生的一種陽離子，可以表示成H2O+，由于H2O+氧化性很強(qiáng)，可以氧化具有強(qiáng)的還原性SO2生成硫酸，2H2O++SO2=4H++SO42-，根據(jù)信息：該陽離子還能與水作用生成羥基，經(jīng)測定此時(shí)的水具有酸性，可知該過程的離子方程式為H2O++H2O=H3O++-OH；

(3)水是由分子構(gòu)成的分子晶體，熔化、氣化破壞的是分子間作用力和氫鍵，而水分解破壞的是極性共價(jià)鍵，極性共價(jià)鍵遠(yuǎn)比分子間作用力和氫鍵強(qiáng)得多，所以水的沸點(diǎn)比水分解的溫度低很多；

在液體水中水分子排列無序，相對來說分子間的距離較小，單位體積內(nèi)分子數(shù)較多，液態(tài)水的密度較大，而在固態(tài)水——冰的晶體中，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子，使冰晶體中水分子的空間利用率不高，分子之間的空隙較大，從而導(dǎo)致冰的密度比液態(tài)水的密度小；

(4)根據(jù)晶體密度計(jì)算公式可得ρ==0.92g/cm3。