Question

我國在青藏高原發現大儲量可燃冰．可燃冰的晶體結構模型如圖：
（1）C、N、O三種元素第一電離能由大到小的排列順序是

 

＞

 

＞

 

（填元素符號），H₂O分子中O原子的雜化方式為

 

．
（2）“可燃冰”晶體內部存在的作用力有

 

．
（3）下列有關“可燃冰”的說法中，不正確的是

 

．
A．“可燃冰”的存在說明甲烷易溶于水
B．“可燃冰”屬于分子晶體，熔點較低
C．相同條件下，“可燃冰”的密度比冰的大
D．“可燃冰”只能在低溫、高壓環境下穩定存在
（4）晶體中平均每46個水分子構成8個籠，每個籠可容納1個CH₄分子或1個H₂O分子，每8個籠中有6個容納CH₄分子，2個籠填充H₂O分子，則“可燃冰”（天然氣水合物）的平均組成可表示為

 

．

Answer 1

分析：（1）同一周期中，元素的第一電離能隨著原子相等的增大而呈增大趨勢，但第IIA、第VA族元素第一電離能大于相鄰元素；根據價層電子對互斥理論確定H₂O分子中O原子的雜化方式；
（2）“可燃冰”晶體內部原子之間存在化學鍵，水分子中O原子和另外水分子中的H原子形成氫鍵，分子間存在范德華力；
（3）A．甲烷不易溶于水；
B．分子晶體的熔沸點較低；
C．甲烷之間不能形成氫鍵、冰中分子間存在氫鍵，導致冰的密度大于可燃冰；
D．“可燃冰”在較高溫度或較低壓強下，該晶體易被破壞；
（4）利用均攤法確定化學式．

解答：解：（1）同一周期中，元素的第一電離能隨著原子相等的增大而呈增大趨勢，但第IIA、第VA族元素第一電離能大于相鄰元素，所以C、N、O三種元素的第一電離能大小順序是N＞O＞C；
H₂O分子中O原子價層電子對個數=2+

1

2

（6-2×1）=4且含有2個孤電子對，所以O原子采用sp³雜化，故答案為：N；O；C；sp³；
（2）“可燃冰”晶體內部原子之間存在化學鍵，水分子中O原子和另外水分子中的H原子形成氫鍵，分子間存在范德華力，所以在可燃冰”晶體內部存在的作用力有氫鍵、范德華力、共價鍵，故答案為：氫鍵、范德華力、共價鍵；
（3）A．甲烷不易溶于水，“可燃冰”的存在不能說明甲烷易溶于水，說明存在CH₄?8H₂O，故A錯誤；
B．“可燃冰”的構成微粒是分子，屬于分子晶體，熔點較低，故B正確；
C．“可燃冰”中存在少量氫鍵、冰中存在大量氫鍵，氫鍵的存在導致分子之間距離變小，所以相同條件下，“可燃冰”的密度比冰的小，故C錯誤；
D．“可燃冰”屬于分子晶體，且甲烷屬于氣體，溫度、壓強影響氣體的存在，所以只能在低溫、高壓環境下穩定存在，故D正確；
故選AC；
（4）平均每46個水分子構成8個籠，晶體中每8個籠中有6個容納了CH₄分子，另外2個被2個游離的H₂O分子所填充；
天然氣水合物的構成中含6個CH₄分子、46+2=48個H₂O分子；則CH₄分子與H₂O分子粒子數比=6：48=1：8；
可判斷天然氣水合物的平均組成可表示為CH₄?8H₂O；
故答案為：CH₄?8H₂O．

點評：本題考查了物質結構和性質，涉及第一電離能大小的判斷、原子雜化方式的判斷、晶胞的計算等知識點，根據元素周期律、價層電子對互斥理論、均攤法等知識點來分析解答，題目難度不大．