Question

【題目】【2015新課標1】[化學——選修3：物質結構與性質]

碳及其化合物廣泛存在于自然界中，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。在基態原子中，核外存在 對自旋相反的電子。

（2）碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，原因是 。

（3）CS2分子中，共價鍵的類型有 ，C原子的雜化軌道類型是 ，寫出兩個與CS2具有相同空間構型和鍵合形式的分子或離子 。

（4）CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于 晶體。

（5）碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示：

石墨烯晶體 金剛石晶體

①在石墨烯晶體中，每個C原子連接 個六元環，每個六元環占有 個C原子。

②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環也為六元環，每個C原子連接 個六元環，六元環中最多有 個C原子在同一平面。

Answer 1

【答案】（1）電子云 2

（2）C有4個價電子且半徑較小，難以通過得或失電子達到穩定電子結構

（3）σ鍵和π鍵 sp CO2、SCN-

（4）分子

（5）①3 2

②12 4

【解析】（1）電子云是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的形象化的描述；C原子的核外有6個電子，電子排布為1s22s22p2，其中1s、2s上的2對電子的自旋方向相反，而2p軌道的電子的自旋方向相同；

（2）在原子結構中，最外層電子小于4個的原子易失去電子，而C原子的最外層是4個電子，且C原子的半徑較小，則難以通過得或失電子達到穩定結構，所以主要通過共用電子對即形成共價鍵的方式來達到穩定結構；

（3）CS2分子中，C與S原子形成雙鍵，每個雙鍵都是含有1個σ鍵和1個π鍵，分子空間構型為直線型，則含有的共價鍵類型為σ鍵和π鍵；C原子的最外層形成2個σ鍵，無孤對電子，所以為sp雜化；O與S同主族，所以與CS2具有相同空間構型和鍵合形式的分子為CO2；與二氧化碳互為等電子體的離子有SCN-，所以SCN-的空間構型與鍵合方式與CS2相同；

（4）該化合物熔點為253K，沸點為376K，說明熔沸點較低，所以為分子晶體；

（5）根據均攤法來計算。①石墨烯晶體中，每個C原子被3個6元環共有，每個六元環占有的C原子數是6×1/3 = 2；

② 每個C原子周圍形成4個共價鍵，可以組合六個角，每個角延伸為兩個六元環，因此每個碳原子連接有2×6=12個六元環；

單鍵構成的六元環，有船式和椅式兩種構象。船式構象的船底四個原子是共面的；椅式構象中座板部分的四個原子是共面的。所以六元環中最多有4個C原子共面（原解：根據數學知識，3個C原子可形成一個平面，而每個C原子都可構成1個正四面體，所以六元環中最多有4個C原子共面。）