Question

【題目】【化學一選修3：物質結構與性質】 碳是地球上組成生命的最基本元素之一，可以sp3 、sp2和sp雜化軌道成共價鍵，具有很強的結合能力，與其它元素結合成不計其數的無機物和有機化合物，構成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產中有許多重要用途。請回答下列問題：

（1）基態碳原子核外有 種空間運動狀態的電子，其價電子排布圖為 。

（2）光氣的分子式為COCl2，又稱碳酰氯，是一種重要的含碳化合物，判斷其分子立體構型為 ，其碳原子雜化軌道類型為 雜化。

（3）碳酸鹽在一定溫度下會發生分解，實驗證明碳酸鹽的陽離子不同，分解溫度不同，如下表所示：

試解釋為什么隨著陽離子半徑的增大，碳酸鹽的分解溫度逐步升高？

（4）碳的一種同素異形體——C60，又名足球烯，是一種高度對稱的球碳分子。立方烷（分子式：C8H8，結構是立方體：）是比C60約早20年合成出的一種對稱型烴類分子，而現如今已合成出一種立方烷與C60的復合型分子晶體，該晶體的晶胞結構如下圖所示，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中。則該復合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為

（5）碳的另一種同素異形體——石墨，其晶體結構如上圖所示，虛線勾勒出的是其晶胞。則石墨晶胞含碳原子個數為 個。已知石墨的密度為ρg．cm-3 ,C-C鍵長為rcm，阿伏伽德羅常數的值為NA，計算石墨晶體的層間距為 cm。

（6）碳的第三種同素異形體—一金剛石，其晶胞如上圖所示。已知金屬鈉的晶胞（體心立方堆積）沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖如下圖A所示，則金剛石晶胞沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖應該是下圖 （從A～D圖中選填）。

Answer 1

【答案】（1）6；；（2）平面三角形；sp2；（3）因為碳酸鹽的分解過程實際上是晶體中陽離子結合CO32-中的氧離子，使CO32-分解為CO2的過程，所以當陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結合氧離子能力就越強，對應的碳酸鹽就越容易分解；（4）C8H8·C60或者C60·C8H8；（5）4；；（6）D

【解析】

試題分析：（1）基態碳原子核外有6個電子，根據泡利原理，在同一基態原子中，不可能有運動狀態完全相同的電子，所以基態碳原子有6種空間運動狀態的電子，其價電子為2s22p2，排布圖為：；答案為：6 ；（2）光氣分子中，C原子上的б電子對為3對，孤電子對=，C原子上的價電子對數為三，VSEPR模型為平面三角形，沒有孤電子，所以分子空間構型為：平面三角形，碳的雜化方式為sp2雜化，答案為：平面三角形；sp2；（3），從表中可以看出陽離子電荷相同時，陽離子半徑越大，其分解溫度越高，主要原因是碳酸鹽的分解過程實際上是晶體中陽離子結合CO32-中的氧離子，使CO32-分解為CO2的過程，所以當陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結合氧離子能力就越強，對應的碳酸鹽就越容易分解；（4）C60分子晶胞的空間構型為分子密堆積，所以每一個C60晶體的分子間空隙中可以填充一個立方烷，所以該復合型分子晶體中立方烷和C60的個數比為：1:1，所以該復合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為C8H8·C60或者C60·C8H8，答案為：C8H8·C60或者C60·C8H8；（5）石墨晶胞中含碳原子的個數為：，所以石墨晶胞中含碳原子個數為4，石墨晶體的層間距為：

答案為：4；；