Question

科学家正在研究温室气体CH₄和CO₂的转化和利用。

（1）O原子核外电子的运动状态有____种。

（2）CH₄和CO₂所含的三种元素电负性从小到大的顺序为____。

（3）下列关于CH₄和CO₂的说法正确的是____(填序号)。

a.固态CO₂属于分子晶体，在晶体中一个CO₂分子周围有12个紧邻的CO₂分子

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

（4）在Ni基催化剂作用下，CH₄和CO₂反应可获得化工原料CO和H₂

①基态Ni原子的电子排布式为____，该元素位于元素周期表的第____周期____族。

②Ni能与CO形成正四面体形的配合物Ni(CO)₄，1mol Ni(CO)₄中含有____mol σ键。

（5）一定条件下，CH₄和CO₂都能与H₂O形成笼状结构(如图所示)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”。

①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是____。

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。已知图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是____。

Answer

8 H、C、O a、d 1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 四 Ⅷ 8 氢键、范德华力 CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4

【解析】

（1）一个原子中不存在两个运动状态完全相同的电子， 所以有多少个电子,就有多少电子运动状态 ；

（2）元素的非金属性越强，其电负性越大；
（3）依据二氧化碳和甲烷的结构以及性质回答；
（4）①Ni为28号元素；
②该配合物的配离子中Ni原子和C原子、CO分子中C原子和O原子之间都存在σ键；
（5）①可燃冰中存在水分子，水分子中存在分子间作用力和氢键；
②依据表格得出二氧化碳的分子直径小于0.586nm，且与水的结合能力为29.91大于16.40，据此解答即可．

（1）O原子核外有8个电子，每个电子运动状态都不同，故答案为：8；

（2）电负性可以依据周期表判断， 同周期自左向右,非金属性增强即电负性增强；同族元素,自上而下非金属性减弱即电负性减小，故CH4和CO2所含的三种元素电负性从小到大的顺序为H、C、O；

（3）依据二氧化碳和甲烷的结构以及性质回答；

a.固态CO2属于分子晶体，由其晶胞结构可知，在晶体中一个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，a正确；

b.CH4分子中含有极性共价键，但CH4正负电荷重心重合，是非极性分子，b错误；

c. CH4和CO2是分子晶体，不能根据键能比较它们的熔点，c错误；

d. CH4的C原子的价层电子对数为4，属于sp3杂化，CO2分子中碳原子的价层电子对数为2，杂化类型sp，d正确；

故选a、d；

（4）①Ni为28号元素，基态Ni原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2，该元素位于元素周期表的第四周期第Ⅷ族；

②正四面体形的配合物Ni(CO)4中Ni原子和C原子、CO分子中C原子和O原子之间都存在σ键，故1mol Ni(CO)4中含有8mol σ键；

（5）①可燃冰中存在水分子，水分子中存在分子间作用力和氢键，“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是氢键、范德华力；

②已知图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，依据表格得出二氧化碳的分子直径小于0.586nm，且与水的结合能力为29.91大于16.40，故从物质结构及性质的角度分析，科学家用CO2置换CH4的设想的依据是CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4。