Question

16．Fe、Cu、Mn三種元素的單質及化合物在生產、生活中有廣泛應用．
（l） MnO₂是一種多功能材料，工業上常以Mn（NO₃）₂．6H₂O和尿素[CO（NH₂）₂]、氧化劑等為原料制備．尿素分子中碳原子的雜化軌道類型為sp²，l mol尿素分子中含有的σ鍵數為7×6.02×10²³．
（2）某學習小組擬以廢舊于電池為原料制取錳，簡易流程如下：

①用濃鹽酸溶解二氧化錳需保持通風，原因是MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O（用化學方程式表示）．
②寫出碳酸錳在空氣中灼燒生成四氧化三錳的化學方程式6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂．
（3）①基態銅原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，與Cu同周期且原子序數最小的第Ⅷ族元素，其基態原子核外有3個未成對電子．
②圖1是Cu₂0的晶胞結構，晶胞的邊長為acm．則Cu₂O的密度為$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$ g/cm³（用N_A表示阿伏加德羅常數的值）．
（4）①綠礬（FeS0₄•7H₂O）是補血劑的原料，保存不當易變質．請設計實驗檢驗綠礬是否完全變質取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質（或滴加鐵氰化鉀溶液，產生藍色沉淀，則樣品沒有完全變質．

②以羰基化合物為載體，提純某納米級活性鐵粉（含有一些不反應的雜質），反應裝置如圖2．已知：Fe（s）+5CO（g）?Fe（CO）₅ △H＜0，常壓下，Fe（ CO）s的熔點約為-20.3℃，沸點為103.6℃，則Fe（ CO）的晶體類型為分子晶體．請用平衡移動原理解釋T₁＜T₂的原因鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時放出熱量，低溫有利于合成易揮發的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發，雜質殘留在玻璃管左端；當羰基合鐵揮發到高溫區T₂時，即升溫平衡逆向移動，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂．

Answer 1

分析 （1）尿素分子中C原子形成3個σ鍵、沒有孤對電子，雜化軌道數目為3，每個分子中含有7個σ鍵；
（1）鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應產生氯氣，濾液中含有氯化錳，加入碳酸銨可生成碳酸錳，經高溫生成Mn₃O₄，最后用熱還原法生成Mn．
①氯氣是有毒氣體，要保持通風，避免中毒；
②碳酸錳在空氣中灼燒時有氧氣參與反應，同時生成二氧化碳；
（3）①銅原子核外電子數為29，根據能量最低原理書寫電子排布式；與Cu同周期且原子序數最小的第Ⅷ族元素為Fe，其基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；
②根據均攤法計算晶胞中白色球、黑色球數目，結合化學式判斷晶胞中Cu、O原子數目，再計算晶胞質量，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度；
（4）①綠礬變質時亞鐵離子被氧化為鐵離子，檢驗綠礬是否完全變質可以檢驗是否含有亞鐵離子；
②Fe（ CO）的熔沸點低，應屬于分子晶體；
鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時放出熱量，低溫有利于合成易揮發的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發，雜質殘留在玻璃管左端；當羰基合鐵揮發到高溫區T₂時，即升溫平衡逆向移動，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端．

解答 解：（1）尿素分子的結構簡式為，雜化軌道數目為3，所以尿素分子中碳原子的雜化方式為sp²雜化，每個分子中含有7個σ鍵，所以1mol尿素中含有7molσ鍵，含有的σ鍵數為7×6.02×10²³，
故答案為：sp²；7×6.02×10²³；
（2）鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應產生氯氣，濾液中含有氯化錳，加入碳酸銨可生成碳酸錳，經高溫生成Mn₃O₄，最后用熱還原法生成Mn．
①濃鹽酸與二氧化錳反應產生氯氣，氯氣是有毒氣體，要保持通風，避免中毒，反應方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
②碳酸錳在空氣中灼燒時有氧氣參與反應，同時生成二氧化碳，反應的方程式為6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂，
故答案為：6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂；
（3）①銅原子核外電子數為29，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，與Cu同周期且原子序數最小的第Ⅷ族元素為Fe，其基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，3d能級有4個未成對電子，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹；4；
②晶胞中白色球數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，黑色球數目為4，故白色球為O原子、黑色球為Cu原子，晶胞質量為$\frac{2×144}{{N}_{A}}$g，則晶胞密度為$\frac{2×144}{{N}_{A}}$g÷（a cm）³=$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$g/cm³，
故答案為：$\frac{288}{{a}^{3}{N}_{A}}$；
（4）①綠礬變質時亞鐵離子被氧化為鐵離子，實驗檢驗綠礬是否完全變質方法為：取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質（或滴加鐵氰化鉀溶液，產生藍色沉淀，則樣品沒有完全變質，
故答案為：取樣品溶于水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，如溶液褪色，則表示樣品沒有完全變質（或滴加鐵氰化鉀溶液，產生藍色沉淀，則樣品沒有完全變質；
②Fe（ CO）的熔沸點低，應屬于分子晶體；
鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時放出熱量，低溫有利于合成易揮發的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發，雜質殘留在玻璃管左端；當羰基合鐵揮發到高溫區T₂時，即升溫平衡逆向移動，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂，
故答案為：分子晶體；鐵粉和一氧化碳化合成羰基合鐵時放出熱量，低溫有利于合成易揮發的羰基合鐵，羰基合鐵易揮發，雜質殘留在玻璃管左端；當羰基合鐵揮發到高溫區T₂時，即升溫平衡逆向移動，羰基合鐵分解，純鐵粉殘留在右端，故T₁＜T₂．

點評 本題考查化學工藝流程、實驗方案設計、晶胞計算、平衡移動原理應用、晶體類型與性質、核外電子排布、雜化方式等，實．驗拼合型題目，需要學生具備扎實的基礎與靈活應用能力，難度中等