Question

由CO與H₂催化合成甲醇是生物質能利用的方法之一．
（1）上述反應的催化劑常用第四周期兩種金屬元素的化合物，其中一種元素的原子L層電子數與最外層電子數之比為4：1，d軌道中的電子數與最外層電子數之比為5：1，它的元素符號為______，其+2價離子的核外電子排布式是______．
（2）根據等電子原理，寫出CO分子的結構式______．
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛．
①甲醇的沸點比甲醛的高，其主要原因是______；
②甲醛分子中碳原子軌道的雜化類型為______．甲醛分子的空間構型是______； 1mol甲醛分子中σ鍵的數目為______．
（4）上述反應的催化劑另一種是銅元素的化合物．已知銅的重要化合物膽礬CuSO₄?5H₂O可寫成[Cu（H₂O）₄]SO₄?H₂O，其結構示意圖如：下列說法正確的是______（填字母）．
A．在上述結構示意圖中，所有氧原子都采用sp³雜化
B．在上述結構示意圖中，存在配位鍵、共價鍵和離子鍵
C．膽礬是分子晶體，分子間存在氫鍵
D．膽礬中的水在不同溫度下會分步失去．

Answer 1

（1）L層電子數與最外層電子數之比為4：1，L層不是最外層電子數為8，那么最外層電子數為2．d軌道中的電子數與最外層電子數之比為5：1，說明d軌道中的電子數為10．該元素位于第四周期可知該元素為Zn，故答案為：Zn；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰或[Ar]3d¹⁰．
（2）依據等電子原理，可知CO與N₂為等電子體，N₂分子的結構式為N≡N，互為等電子體分子的結構相似，則CO的結構式為C≡O，故答案為：C≡O；
（3）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；故答案為：甲醇分子之間形成氫鍵；
②甲醛分子中含有碳氧雙鍵，共有3個σ鍵，則碳原子軌道的雜化類型為sp²雜化；因甲醛中碳原子采取sp²雜化，則分子的空間構型為平面三角形；1mol甲醛分子中含有2mol碳氫σ鍵，1mol碳氧σ鍵，故含有σ鍵的數目為3N_A；
故答案為：sp²雜化；平面三角形；3N_A；
（4）A．氧原子并不都是sp3雜化，該結構中的氧原子部分飽和，部分不飽和，雜化方式不同．從現代物質結構理論出發，硫酸根離子中S和非羥基O之間除了形成1個σ鍵之外，還形成了反饋π鍵．形成π鍵的電子不能處于雜化軌道上，O必須保留未經雜化的p軌道，就不可能是sp3雜化，故A錯誤；
B．在上述結構示意圖中，存在O→Cu配位鍵，H-O、S-O共價鍵和Cu、O離子鍵，故B正確；
C．膽礬是五水硫酸銅，膽礬是由水合銅離子及硫酸根離子構成的，屬于離子晶體，故C錯誤；
D．由于膽礬晶體中水兩類，一類是形成配體的水分子，一類是形成氫鍵的水分子，結合上有著不同，因此受熱時也會因溫度不同而得到不同的產物，故D正確．
故選BD．