Question

【題目】科學家正在研究溫室氣體CH4和CO2的轉化和利用。請回答下列問題：

（1）處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概率密度分布可用____________形象化描述。在基態14C原子中，核外存在___________對自旋相反的電子。

（2）CH4和CO2所含的三種元素電負性從小到大的順序為__________________________。

（3）一定條件下，CH4和CO2都能與H2O形成籠狀結構(如下圖所示)的水合物晶體，其相關參數見下表。CH4與H2O形成的水合物俗稱“可燃冰”。

參數 分子	分子直徑/nm	分子與H2O的結合能E/kJ·mol－1
CH4	0.436	16.40
CO2	0.512	29.91

①下列關于CH4和CO2的說法正確的是________(填序號)。

a．CO2分子中含有2個σ鍵和2個π鍵

b．CH4分子中含有極性共價鍵，是極性分子

c．因為碳氫鍵鍵能小于碳氧鍵，所以CH4熔點低于CO2

d．CH4和CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp3和sp

②為開采深海海底的“可燃冰”，有科學家提出用CO2置換CH4的設想。已知上圖中籠狀結構的空腔直徑為0. 586 nm，根據上述圖表所提供的數據分析，提出該設想的依據是______________________________________。

Answer 1

【答案】 電子云 2 H、C、O ad CO2的分子直徑小于籠狀空腔直徑，且與H2O的結合力大于CH4

【解析】試題分析：本題考查電子云的概念、電負性的比較、σ鍵和π鍵的判斷、雜化方式的判斷、熔點高低的比較等。

（1）處于一定空間運動狀態的電子在原子核外出現的概念密度分布可用電子云形象化描述。基態14C原子的軌道表示式為，核外存在2對自旋相反的電子。

（2）CH4中C為-4價，H為+1價，電負性：CH；非金屬性：OC，電負性：OC；C、H、O三種元素電負性由小到大的順序為：HCO。

（3）①a項，CO2的結構式為O=C=O，CO2分子中含有2個σ鍵和2個π鍵，a項正確；b項，CH4分子中含極性共價鍵，由于CH4為正四面體結構，CH4分子中正電中心和負電中心重合，CH4為非極性分子，b項錯誤；c項，CH4的相對分子質量小于CO2的相對分子質量，CH4分子間作用力小于CO2分子間作用力，CH4的熔點低于CO2，c項錯誤；d項，CH4中碳原子采取sp3雜化，CO2中碳原子采取sp雜化，d項正確；答案選ad。

②根據表中數據，CO2的分子直徑（0.512nm）小于籠狀結構的空腔直徑（0.586nm），CO2與H2O的結合能（29.91kJ/mol）大于CH4與H2O的結合能（16.40kJ/mol），所以可用CO2置換“可燃冰”中的CH4。