（15 分）研究发现，在 C O _ 2 低压合成甲醇反应…——2017 高考化学第 11 题答案解析

【考点】86：原子核外电子排布；9I：晶胞的计算

【专题】51D：化学键与晶体结构

【分析】（1）Co 是 27 号元素，可按照能量最低原理书写电子排布式；O 为非金属性，难以失去电子，第一电离能较大；

> ② $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 和 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { O H }$ 分子中 C 原子分别形成 2、4 个 σ 键；

（3）水和甲醇分子间都存在氢键，二氧化碳和氢气常温下为气体，结合氢键数目和相对分子质量判断；

> ④ ${ \bf M } { \bf n } \mathrm { ~ } ( { \bf N O } _ { 3 } )$ 为离子化合物，含有离子键、共价键，共价键含有 $\sigma$ 键和 π键；

（5）阴离子采用面心立方最密堆积方式，位于顶点和面心；阳离子为体心立方堆积，体心和棱，以此计算半径

【解答】解：（1）Co是27号元素，位于元素周期表第4周期第VIII族，其基态原子核外电子排布式为 $\mathrm { 1 s ^ { 2 } 2 s ^ { 2 } 2 p ^ { 6 } 3 s ^ { 2 } 3 p ^ { 6 } 3 d ^ { 7 } 4 s ^ { 2 } }$ 或 $\mathrm { [ A r ] } 3 \mathrm { d } ^ { 7 } 4 \mathrm { s } ^ { 2 }$ ．元素 Mn 与 O中，由于O 元素是非金属性而Mn 是过渡元素，所以第一电离能较大的是O，O基态原子价电子为 $2 \mathrm { s } ^ { 2 } 2 \mathrm { p } ^ { 4 }$ ，所以其核外未成对电子数是2，而Mn 基态原子价电子排布为 $3 \mathrm { d } ^ { 5 } 4 \mathrm { s } ^ { 2 }$ ，所以其核外未成对电子数是 5，因此核外未成对电子数较多的是Mn，

故答案为： $\mathrm { 1 s ^ { 2 } 2 s ^ { 2 } 2 p ^ { 6 } 3 s ^ { 2 } 3 p ^ { 6 } 3 d ^ { 7 } 4 s ^ { 2 } }$ 或 $\mathrm { [ A r ] } 3 \mathrm { d } ^ { 7 } 4 \mathrm { s } ^ { 2 }$ ；O；Mn；

> ② $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 和 $\mathrm { C H _ { 3 } O H }$ 的中心原子 C原子的价层电子对数分别为2和4，所以 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 和 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { O H }$ 分子中C原子的杂化形式分别为sp 和 $\mathsf { s p } ^ { 3 }$ ，
故答案为： $\displaystyle \mathbf { s p } \colon \mathbf { \mathbf { s p } } ^ { 3 } \colon$

（3）在 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 低压合成甲醇反应所涉及的 4 种物质中，沸点从高到低的顺序为$\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } { > } \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { O H } { > } \mathrm { C O } _ { 2 } { > } \mathrm { H } _ { 2 }$ ，原因是常温下水和甲醇是液体而二氧化碳和氢气是气体，液体的沸点高于气体；水分子中有两个氢原子都可以参与形成分子间氢键，而甲醇分子中只有一个羟基上的氢原子可用于形成分子间氢键，所以水的沸点高于甲醇；二氧化碳的相对分子质量比氢气大，所以二氧化碳分子间作用力较大、沸点较高，

故答案为： $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } { > } \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { O H } { > } \mathrm { C O } _ { 2 } { > } \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { ; } ~ \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 与 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { O H }$ 均为极性分子， $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 中氢键比甲醇多； $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 与 $\mathrm { H } _ { 2 }$ 均为非极性分子， $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 分子量较大，范德华力较大；

（4）硝酸锰是离子化合物，硝酸根和锰离子之间形成离子键，硝酸根中N原子与3 个氧原子形成3个σ键，硝酸根中有一个氮氧双键，所以还存在 π键，故答案为：π键、离子键；

（5）因为 $O ^ { 2 \cdot }$ 是面心立方最密堆积方式，面对角线是 $O ^ { 2 \cdot }$ 半径的 4 倍，即$4 \mathrm { { r } = \sqrt { 2 } a }$ ，解得 $\mathrm { r } { = } \frac { \sqrt { 2 } } { 4 } \times 0 . ~ 4 2 0 \mathrm { n m } { = } 0 . 1 4 8 \mathrm { n m }$ ；MnO也属于 $\mathrm { N a C l }$ 型结构，根据晶胞的结构，晶胞参数 $\ b { \mathrm { = } } 2 \mathrm { ~ r ~ } \left( \ b { \mathrm { O } } ^ { 2 \mathrm { - } } \right) \ b { \mathrm { + } } 2 \mathbf { r } \left( \ b { \mathrm { M } } \ b { \mathrm { n } } ^ { 2 \mathrm { + } } \right)$ 则 $\textbf { r } \left( \mathbf { M } \mathbf { n } ^ { 2 + } \right) = \frac { 0 . 4 4 8 \mathrm { n m } - 2 \times 0 . 1 4 8 \mathrm { n m } } { 2 } { - 0 . 0 7 6 \mathrm { n m } }$

故答案为：0.148；0.076

【点评】本题为 2017 年广西考题，涉及核外电子排布、晶胞计算、杂化轨道等知识，侧重考查学生的分析能量和计算能力，需要学生熟练掌握晶胞结构，具备一定的数学计算能力，难度中等

[化学--选修 5：有机化学基础]