Question

【題目】某柔性屏手機的柔性電池以碳納米管做電極材料，以吸收ZnSO4溶液的有機高聚物做固態(tài)電解質(zhì)，其電池總反應(yīng)為MnO2+Zn+(1+)H2O+ZnSO4MnOOH+ZnSO4[Zn(OH)2]3·xH2O。其電池結(jié)構(gòu)如圖甲所示，圖乙是有機高聚物的結(jié)構(gòu)片段。

（1）Mn2+的核外電子排布式為_____；有機高聚物中C的雜化方式為_____。

（2）已知CN-與N2互為等電子體，推算擬鹵（CN)2分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為_____。

（3）NO2-的空間構(gòu)型為_____。

（4）MnO是離子晶體，其晶格能可通過如圖的Born-Haber循環(huán)計算得到。

Mn的第一電離能是_____，O2的鍵能是_____，MnO的晶格能是_____。

（5）R(晶胞結(jié)構(gòu)如圖）由Zn、S組成，其化學式為_____（用元素符號表示）。已知其晶胞邊長為acm，則該晶胞的密度為_____g·cm3(阿伏加德羅常數(shù)用NA表示）。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d5 sp2、sp3 3：4 V型 bkJmol﹣1 2ekJmol﹣1 (f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1 ZnS

【解析】

(1) Mn元素的原子核外有25個電子，其基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2；根據(jù)價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式；

(2) CN-和氮氣分子互為等電子體，二者結(jié)構(gòu)相同，根據(jù)氮氣分子判斷(CN)2分子中存在的σ鍵與π鍵的個數(shù)；

(3) NO2-中N原子的價層電子對數(shù)=2+(5+1-2×2)=3，雜化類型是sp2，含有1個孤電子對，NO2-的空間構(gòu)型是V型；

(4) Mn的第一電離能為氣態(tài)Mn原子失去第一個電子時需要吸收的能量；由1molO2分子變成O原子的過程中，需要吸收的能量為2ekJ；晶格能是氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量；

(5) ZnS晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，利用均攤法找出晶胞中有4個Zn，有4個S，然后進行相關(guān)計算，求出晶胞密度。

(1) Mn元素的原子核外有25個電子，其基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，則基態(tài)Mn2＋的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5；這些C原子中有些C原子價層電子對個數(shù)是3、有些是4，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式分別為sp2、sp3；故答案為：1s22s22p63s23p63d5；sp2、sp3；

(2)CN-與N2結(jié)構(gòu)相似，C原子與N原子之間形成三鍵，則擬鹵(CN)2分子結(jié)構(gòu)式為，三鍵中含有1個σ鍵、2個π鍵，單鍵屬于σ鍵，故(CN)2分子中σ鍵與π鍵數(shù)目之比為3：4，故答案為：3：4；

(3) NO2-中N原子的價層電子對數(shù)=2+(5+1-2×2)=3，雜化類型是sp2，含有1個孤電子對，NO2-的空間構(gòu)型是V型，故答案為V型；

(4)由圖中Mn (晶體) Mn (g) Mn+(g)過程，電離能為1mol的氣態(tài)原子變?yōu)?/span>+1價陽離子的能量，故其第一電離能為bkJmol﹣1；由圖中O2(g)2O(g)為molO=O的鍵能，故O=O鍵鍵能為ekJmol﹣1×2=2ekJmol﹣1；Mn晶格能為從氣態(tài)離子形成1mol晶體放出的能量，根據(jù)蓋斯定律，故晶格能=(f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1，故答案為：bkJmol﹣1；2ekJmol﹣1；(f-a-b-c-d-e)kJmol﹣1；

(5)由晶胞的結(jié)構(gòu)可知，Zn全部在晶胞的內(nèi)部，所以1個晶胞中含有4個Zn2+，S分別位于晶胞的頂點和面心，根據(jù)晶胞中原子的“均攤法”可計算1個晶胞中S2-的個數(shù)為：，由Zn，S組成化學式為ZnS；1mol晶體的質(zhì)量為97g，1mol晶胞的體積為NA a3cm3，因此該晶體的密度為，故答案為：ZnS；。