Question

科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用。请回答下列问题：

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用____________形象化描述。在基态¹⁴C原子中，核外存在___________对自旋相反的电子。

（2）CH₄和CO₂所含的三种元素电负性从小到大的顺序为__________________________。

（3）一定条件下，CH₄和CO₂都能与H₂O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH₄与H₂O形成的水合物俗称“可燃冰”。

参数 分子	分子直径/nm	分子与H2O的结合能E/kJ·mol^－^1
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

①下列关于CH₄和CO₂的说法正确的是________(填序号)。

a．CO₂分子中含有2个σ键和2个π键

b．CH₄分子中含有极性共价键，是极性分子

c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH₄熔点低于CO₂

d．CH₄和CO₂分子中碳原子的杂化类型分别是sp³和sp

②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO₂置换CH₄的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0. 586 nm，根据上述图表所提供的数据分析，提出该设想的依据是______________________________________。

Answer

电子云 2 H、C、O ad CO2的分子直径小于笼状空腔直径，且与H2O的结合力大于CH4

【解析】试题分析：本题考查电子云的概念、电负性的比较、σ键和π键的判断、杂化方式的判断、熔点高低的比较等。

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概念密度分布可用电子云形象化描述。基态14C原子的轨道表示式为，核外存在2对自旋相反的电子。

（2）CH4中C为-4价，H为+1价，电负性：CH；非金属性：OC，电负性：OC；C、H、O三种元素电负性由小到大的顺序为：HCO。

（3）①a项，CO2的结构式为O=C=O，CO2分子中含有2个σ键和2个π键，a项正确；b项，CH4分子中含极性共价键，由于CH4为正四面体结构，CH4分子中正电中心和负电中心重合，CH4为非极性分子，b项错误；c项，CH4的相对分子质量小于CO2的相对分子质量，CH4分子间作用力小于CO2分子间作用力，CH4的熔点低于CO2，c项错误；d项，CH4中碳原子采取sp3杂化，CO2中碳原子采取sp杂化，d项正确；答案选ad。

②根据表中数据，CO2的分子直径（0.512nm）小于笼状结构的空腔直径（0.586nm），CO2与H2O的结合能（29.91kJ/mol）大于CH4与H2O的结合能（16.40kJ/mol），所以可用CO2置换“可燃冰”中的CH4。