Question

【題目】碳、氮、氧、氟、鈣、銅等元素的化合物廣泛存在于自然界，回答下列問題：

(1)將乙炔(C2H2)通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2紅櫬色沉淀。乙炔分子中σ鍵與π鍵個(gè)數(shù)比值為___________，Cu+基態(tài)核外電子排布式為___________，[Cu(NH3)2]Cl中化學(xué)鍵類型為___________。

(2)NF3是微電子工業(yè)中優(yōu)良的等離子刻蝕氣體。元素第一電離能N___________F(填“>”“<”或“=”)，NF3中氮原子的雜化軌道類型為___________，NF3屬于___________分子。(填“極性”或“非極性”)

(3)C60可以用作儲(chǔ)氫材料。已知金剛石中C－C的鍵長為154.45pm，C60中C－C的鍵長為140~145pm，有同學(xué)據(jù)此認(rèn)為C60的熔點(diǎn)高于金剛石，你認(rèn)為是否正確?理由是___________。

(4)氮的氧化物和含氧酸在醫(yī)療上具有重要的應(yīng)用。寫出與N2O互為等電子體的分子___________(任寫一種)，酸性HNO3>HNO2，試著從結(jié)構(gòu)上解釋其原因___________。

(5)電石(CaC2)是有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)的基本原料。CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體相似(如圖所示)，但晶體中由于啞鈴形C22－的存在，使晶胞沿一個(gè)方向拉長。CaC2晶體中每個(gè)Ca2+周圍距離最近的C22－的數(shù)目為___________，已知CaC2晶體的密度為2.22g·cm－3，該晶胞的體積為___________cm3。

Answer 1

【答案】3:2 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵 ＜ sp3 極性 不正確，金剛石是原子晶體，融化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵，C60為分子晶體，融化時(shí)破壞分子間作用力，無需破壞共價(jià)鍵，所以C60熔點(diǎn)低于金剛石。 CO2或 CS2等 電負(fù)性O＞N，－NO2中N的正電性大于－NO中的N，導(dǎo)致HO－NO2中O－H極性大于HO－NO中的O－H極性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易電離出H+，即酸性HNO3＞HNO2。 4 1.9×10－22

【解析】

本題考查的是物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

（1）乙炔中氫原子只有1個(gè)電子基態(tài)下處于能量最低1s軌道。而碳原子有6個(gè)電子，兩個(gè)位于1s軌道，不參與成鍵，4個(gè)位于第二層上。當(dāng)形成乙炔時(shí)，4個(gè)位于最外層的原子軌道發(fā)生雜化，即一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道雜化成兩個(gè)sp軌道，另外的兩個(gè)2p軌道保持不變。這樣在形成乙炔時(shí)，碳原子的其中一個(gè)sp軌道與氫原子的1s軌道頭碰頭重疊，形成C-Hσ鍵，另一個(gè)sp軌道則與另一個(gè)碳原子的sp軌道頭碰頭重疊形成C-Cσ鍵。碳原子剩下的兩個(gè)p軌道則肩并肩重疊形成兩個(gè)C-Cπ鍵。所以乙炔中有3個(gè)σ鍵與2個(gè)π鍵。Cu為29號(hào)元素，Cu+基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+與NH3之間的化學(xué)鍵為配位鍵，N-H為極性共價(jià)鍵，[Cu(NH3)2]+與Cl-之間為離子鍵；

（2）同周期主族元素從左到右最外層電子的有效核電荷逐漸增大，電離能也逐漸增大，所以F元素的第一電離能比N元素的第一電離能大。N原子雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化。NF3分子構(gòu)型與NH3相似，NH3分子構(gòu)型是三角錐型，所以NF3分子構(gòu)型也是三角錐型，三角錐型分子的結(jié)構(gòu)不對稱，正負(fù)電荷中心不重疊，為極性分子；

（3）金剛石是原子晶體，融化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵，C60為分子晶體，融化時(shí)破壞分子間作用力，無需破壞共價(jià)鍵，所以C60熔點(diǎn)低于金剛石；

（4）符合等電子體的兩條基本要求是：原子總數(shù)一致，價(jià)電子總數(shù)一致。二氧化碳、二硫化碳與一氧化二氮分子中都含有3個(gè)原子，其價(jià)電子總數(shù)是16，是等電子體；電負(fù)性O＞N，－NO2中N的正電性大于－NO中的N，導(dǎo)致HO－NO2中O－H極性大于HO－NO中的O－H極性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易電離出H+，即酸性HNO3＞HNO2；

（5）依據(jù)晶胞示意圖可以看出，晶胞的一個(gè)平面的長與寬不相等，再由圖中體心可知1個(gè)Ca2+周圍距離最近的C22-有4個(gè)，而不是6個(gè)，要特別注意題給的信息，CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體的相似，該晶胞中含有Ca為12×14+1=4，一個(gè)晶胞中含有4個(gè)CaC2，CaC2晶體的密度為2.22g/cm3，該晶胞的體積為V=m/ρ=(4×64)÷(2.22×6.02×1023)≈1.92×1022cm3。據(jù)此解答。

（1）乙炔中氫原子只有1個(gè)電子基態(tài)下處于能量最低1s軌道。而碳原子有6個(gè)電子，兩個(gè)位于1s軌道，不參與成鍵，4個(gè)位于第二層上。當(dāng)形成乙炔時(shí)，4個(gè)位于最外層的原子軌道發(fā)生雜化，即一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道雜化成兩個(gè)sp軌道，另外的兩個(gè)2p軌道保持不變。這樣在形成乙炔時(shí)，碳原子的其中一個(gè)sp軌道與氫原子的1s軌道頭碰頭重疊，形成C-Hσ鍵，另一個(gè)sp軌道則與另一個(gè)碳原子的sp軌道頭碰頭重疊形成C-Cσ鍵。碳原子剩下的兩個(gè)p軌道則肩并肩重疊形成兩個(gè)C-Cπ鍵。所以乙炔中有3個(gè)σ鍵與2個(gè)π鍵。Cu為29號(hào)元素，Cu+基態(tài)核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+與NH3之間的化學(xué)鍵為配位鍵，N-H為極性共價(jià)鍵，[Cu(NH3)2]+與Cl-之間為離子鍵。本小題答案為：3:2 ；1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵。

（2）同周期主族元素從左到右最外層電子的有效核電荷逐漸增大，電離能也逐漸增大，所以F元素的第一電離能比N元素的第一電離能大。N原子雜化軌道數(shù)目為4，采取sp3雜化。NF3分子構(gòu)型與NH3相似，NH3分子構(gòu)型是三角錐型，所以NF3分子構(gòu)型也是三角錐型，三角錐型分子的結(jié)構(gòu)不對稱，正負(fù)電荷中心不重疊，為極性分子。本小題答案為：<；sp3 ；極性。

（3）不正確，金剛石是原子晶體，融化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵，C60為分子晶體，融化時(shí)破壞分子間作用力，無需破壞共價(jià)鍵，所以C60熔點(diǎn)低于金剛石。本小題答案為：不正確，金剛石是原子晶體，融化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵，C60為分子晶體，融化時(shí)破壞分子間作用力，無需破壞共價(jià)鍵，所以C60熔點(diǎn)低于金剛石。

（4）符合等電子體的兩條基本要求是：原子總數(shù)一致，價(jià)電子總數(shù)一致。二氧化碳、二硫化碳與一氧化二氮分子中都含有3個(gè)原子，其價(jià)電子總數(shù)是16，是等電子體；電負(fù)性O＞N，－NO2中N的正電性大于－NO中的N，導(dǎo)致HO－NO2中O－H極性大于HO－NO中的O－H極性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易電離出H+，即酸性HNO3＞HNO2。本小題答案為：CO2或 CS2等；電負(fù)性O＞N，－NO2中N的正電性大于－NO中的N，導(dǎo)致HO－NO2中O－H極性大于HO－NO中的O－H極性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易電離出H+，即酸性HNO3＞HNO2。

（5）依據(jù)晶胞示意圖可以看出，晶胞的一個(gè)平面的長與寬不相等，再由圖中體心可知1個(gè)Ca2+周圍距離最近的C22-有4個(gè)，而不是6個(gè)，要特別注意題給的信息，CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體的相似，該晶胞中含有Ca為12×14+1=4，一個(gè)晶胞中含有4個(gè)CaC2，CaC2晶體的密度為2.22g/cm3，該晶胞的體積為V=m/ρ=(4×64)÷(2.22×6.02×1023)≈1.92×1022cm3。本小題答案為：4；1.92×1022。