Question

据《科技日报》报道，我国科学家研制成功一系列石墨烯限域的3d过渡金属中心(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)催化剂，在室温条件下以H₂O₂为氧化剂直接将CH₄氧化成C的含氧化合物。请回答下列问题：

（1）在Mn、Fe、Co、Ni、Cu中，某基态原子核外电子排布遵循“洪特规则特例”（指能量相同的原子轨道在全满、半满、全空状态时，体系的能量最低），该原子的外围电子排布式为__。

（2）在3d过渡金属中，基态原子未成对电子数最多的元素是__（填元素符号）。

（3）铜的焰色反应呈绿色，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素称为__。

（4）石墨烯限域单原子铁能活化CH₄分子中的C-H键，导致C与H之间的作用力__(“减弱”或“不变”)。

（5）常温下，H₂O₂氧化CH₄生成CH₃OH、HCHO、HCOOH等。

①它们的沸点分别为64.7℃、-19.5℃、100.8℃，其主要原因是_；

②CH₄和HCHO比较，键角较大的是__，主要原因是__。

Answer

3d104s1 Cr 光谱分析 减弱 HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间只存在范德华力，氢键比范德华力更强 HCHO CH4中C原子采取sp3杂化，HCHO中C原子采取sp2杂化

【解析】

(1)具有全充满、半充满、全空的电子构型的原子更稳定；

(2)在3d过渡金属中，基态原子未成对电子数最多的元素的价电子排布式为3d54s1；

(3)用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素称为光谱分析；

(4)石墨烯限域单原子铁活化CH4分子中的C-H键，说明在催化剂条件下C-H更容易发生断裂，其键能降低；

(5)①HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力，氢键比范德华力更强；

②CH4为正四面体构型，HCHO为平面三角形，键角主要由碳原子杂化方式决定。

(1)具有全充满、半充满、全空的电子构型的原子更稳定，在Mn、Fe、Co、Ni、Cu的外围电子排布式分别为3d54s2、3d64s2、3d74s2、3d84s2、3d104s1，则基态Cu原子核外电子排布遵循“洪特规则特例”；

(2)在3d过渡金属中，基态原子未成对电子数最多的元素的价电子排布式为3d54s1，该元素为Cr；

(3)用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素称为光谱分析；

(4)石墨烯限域单原子铁活化CH4分子中的C-H键，说明在催化剂条件下C-H更容易发生断裂，其键能降低，即导致C与H之间的作用力减弱；

(5)①HCOOH、CH3OH存在氢键，且HCOOH中氢键更强，HCHO分子间存在范德华力，氢键比范德华力更强，故沸点HCOOH＞CH3OH＞HCHO；

②CH4中C原子采取sp3杂化，为正四面体构型，HCHO中C原子采取sp2杂化，为平面三角形，HCHO中键角较大。