Question

【題目】甲醇（CH3OH）有很多用途。回答下列問題：

I．甲醇可用于制取甲醛（HCHO）。

（1）甲醇的沸點為64 ℃，甲醛的沸點為-21 ℃，甲醇的沸點較高的原因是__________。

（2）甲醇分子中采用sp3雜化的原子有____________(填元素符號)；甲醛分子中σ鍵與π鍵之比為_____________。

II．直接甲醇燃料電池(DMFC)因其具有質量輕、體積小、結構簡單、比能量密度高、低溫操作等優點，DMFC陽極普遍采用以鉑（Pt）為基礎 的二元催化劑，如Pt-Cr合金等。

（3）基態Cr原子的未成對電子數為______________。

（4）與鉻同周期的所有元素中基態原子最外層電子數與鉻原子相同的元素是_______。（填元素符號）

（5）已知金屬鉑晶胞結構如右圖所示。催化劑的XRD圖譜分析認為：當鉑中摻入Cr原子后，Cr替代了晶胞面心位置上的Pt，該催化劑的化學式為_______，晶體中與1個Pt原子相緊鄰的Cr原子有_____個。

（6）若鉑原子半徑為r pm，鉑摩爾質量為M g·mol－1，鉑晶體的密度為ρ g·cm－3，則阿伏加德羅常數NA為_____mol－1（用有關字母列出計算式即可）。

Answer 1

【答案】 甲醇分子間存在著氫鍵 C、O 3∶1 6 K、Cu PtCr3或Cr3Pt 12 （或其它合理答案）

【解析】I.（1）甲醇分子之間形成了分子間氫鍵，甲醛分子間只是分子間作用力，而沒有形成氫鍵，故甲醇的沸點高。

（2）甲醇分子內碳原子形成4個σ鍵，雜化方式為sp3雜化，甲醇分子內O原子形成2個σ鍵，另有2對孤電子，雜化方式為sp3雜化；甲醛分子中含有1個碳氧雙鍵，2個碳氫單鍵，共有3個σ鍵，1個π鍵，故為：3:1。

II.（3）Cr基態原子的價電子排布是3d54S1，所以，未成對電子有6個。

（4）24號Cr元素核外24個電子，最后6個電子的排布有兩種可能：3d44s2或3d54s1。根據半滿、全滿規則可知后者更穩定。同理，可知同周期最外層只有1個電子的除了K，還有3d104s1的Cu。

（5）由圖知，金屬鉑晶胞中原子為：8× +6× =4，當鉑中摻入Cr原子后，Cr替代了晶胞面心位置上的Pt，化學式為：PtCr3或Cr3Pt；該晶胞為面心立方堆積，晶體中與1個Pt原子相緊鄰的Cr原子有12個。

（6）面心立方結構的晶體，其配位數是12，因為以某一原子為原點，離它最近的（即第一近鄰）有12個原子，故答案為：12；鉑晶體為面心立方最密堆積，則每個晶胞中含有鉑的原子：8× +6× =4，鉑原子半徑為r pm=r×10-10cm，晶體鉑的密度為ρg·cm－3，晶胞的邊長為d， d=4r，d=2r pm=2×r×10-10cm，晶胞的體積是d3，則ρd3= ，即：ρ（2×r×10-10）3=，解得：NA=。