Question

锰及其化合物用途非常广泛,请回答下列问题：

(1)Mn³⁺在水溶液中容易歧化为MnO₂和Mn²⁺ ，下列说法合理的是________

A.Mn³⁺的价电子构型为3d⁴，不属于较稳定的电子构型

B.根据Mn²⁺的电子构型可知，Mn⁴⁺中不含成对电子

C.Mn²⁺易被氧化，可能是因为Mn²⁺轨道内有大量自旋方向相同的电子

D.Mn²⁺与Fe³⁺具有相同的价电子构型，所以它们的化学性质相似

(2)锰的一种配合物的化学式为[ Mn( CO)₅( CH₃CN)]。配体CH₃CN与中心原子形成配位键时，提供孤对电子的原子是_________原子(填写元素名称)，该分子中碳原子的杂化方式为___________。

(3)研究发现,在成甲醇反应(CO₂ +3H₂=CH₃OH +H₂O)中，CO氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性。反应所涉及的4种物质中，沸点从高到低的顺序为___________，原因是________________，硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO₃)₂中的化学键除了σ键外，还存在______，NO的空间构型是______________(用文字描述)。

(4)某锰氧化物的晶胞结构如图所示，该锰氧化物的化学式为___________，该晶体中Mn的配位数是_______，该晶体中Mn之间的最近距离为_____cm(用含a、b的代数式表示)。

Answer

A N sp3和sp杂化 H2O＞CH3OH＞CO2＞H2 H2O和CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比CH3OH中多，CO2和H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 π键和离子键 平面三角形 MnO2 6

【解析】

(1)根据Mn2+ 和Mn4+的结构分析；

(2)CH3CN分子中有3个C−H键、1个C−C键、1个C≡N键，只有N原子有1对孤电子对，分子中甲基中碳原子形成4个σ键、另一个碳原子形成2个σ键，都没有孤电子对，杂化轨道数目为4、2，碳原子采取sp3和sp杂化；

(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，用价层电子对互斥理论判断空间构型；

(4)用均摊法计算化学式，并结合微粒的空间排列确定Mn的配位数。由晶胞结构可知：在该晶胞中距离相等且最近的2个Mn在晶胞体对角线的一半。

(1)A．Mn3+在水溶液中容易歧化为MnO2和Mn2+，说明Mn3+不稳定，Mn3+容易变成电子半充满的稳定的价电子构型为3d5的Mn2+，3d4则属于不稳定的电子构型，故A正确；

B．Mn4+中价电子层不含成对电子，但是内层中含有成对电子，故B错误；

C．Mn2+内有大量自旋方向相同的电子，这些电子自旋方向相同，能够使原子的能量最低，而Mn2+易被氧化，显然与Mn2+内含有大量自旋方向相同的电子无关，故C错误；

D．Mn2+与Fe3+具有相同的价电子构型，微粒的化学性质不仅与价电子构型有关，也和微粒的电荷数、微粒半径、原子序数有关，因此它们的化学性质不相似，Mn2+具有强的还原性，而Fe3+具有较强的氧化性，故D错误；

答案选A；

(2) CH3CN分子中有3个C−H键、1个C−C键、1个C≡N键，只有N原子有1对孤电子对，提供孤对电子的原子是N原子；分子中甲基中碳原子形成4个σ键、另一个碳原子形成2个σ键，都没有孤电子对，杂化轨道数目为4、2，碳原子采取sp3和sp杂化；

(3)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；H2O和CH3OH均为极性分子，H2O中氢键比CH3OH中多，CO2和H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大，所以在CO2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H2O＞CH3OH＞CO2＞H2；硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料，Mn(NO3)2中氮原子和氧原子之间形成的有单键，双键，硝酸根和锰离子间形成离子建，故化学键除了σ键外，还含有π键和离子键；NO的中心原子是氮，价层电子对数是，它的杂化方式为sp2杂化，NO的空间构型是平面三角形；

(4)在该晶体中含有的Mn原子个数为：×8+1=2，含有的O原子数目为×4+2=4，Mn：O=2：4=1：2，所以该锰的氧化物的化学式为MnO2；根据晶胞投影图可知：在该晶体中与Mn原子距离相等且最近的O原子有6个，所以Mn的配位数为6；由晶胞结构可知：在该晶胞中距离相等且最近的2个Mn在晶胞体对角线的一半，晶胞的体对角线为，所以该晶体中Mn之间的最近距离为=cm。