Question

【題目】碳是形成化合物種類最多的元素，其單質及化合物有獨特的性質和用途。請回答下列問題。

（1）碳原子核外電子有_____種不同的運動狀態。碳原子的價電子在形成sp3雜化后，其軌道表達式為_____。

（2）寫出一種CO32-的等電子體微粒的化學式_______，其空間構型為_______。

（3）有機物M()在一定條件下生成N()。

①沸點：M_____N （填“大于”或“小于”）。

②M中碳原子雜化類型為_____，不同雜化類型的碳原子數之比為_____。

③有機物N中除氫原子之外的其他原子的第一電離能由大到小的順序為_____。

（4）已知CaCO3的熱分解溫度為900℃，SrCO3的熱分解溫度為1172℃，試從原子結構的角度解釋CaCO3的熱分解溫度低于SrCO3的原因_____________。

（5）碳的一種同素異形體C60，又名足球烯，是一種高度堆成的球碳分子。立方烷（分子式：C8H8，）是比C60約早20年合成出的一種對稱性烴類分子，而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______________。

（6）石墨是碳的一種同素異形體，它的一種晶胞結構和部分晶胞參數如下圖：

①原子坐標參數描述的是晶胞內原子間的相對位置。石墨晶胞中碳原子A、B的坐標參數分別為：A(0，0，0)、B(0，1，1/2)。則C原子的坐標參數為_______________。

②晶胞參數用以描述晶胞的大小和形狀。已知石墨晶胞底邊長為acm ，層間距為dcm，阿伏加德羅常數的值為NA，則石墨的密度為_____g·cm-3（寫出表達式即可）。

Answer 1

【答案】 6 SO3或 NO3- 或SiO32- 平面三角形 小于 sp2、sp3 7：2 N > O > C Ca2+的離子半徑小于Sr2+，Ca2+更易結合碳酸根離子中的氧離子，使碳酸根離子更易分解為二氧化碳 C8H8·C60 （1，1，1/2） g·cm-3

【解析】(1).因為沒有運動狀態相同的電子，所以C原子核外有6中不同運動狀態的電子；碳原子的2S軌道和三個2P軌道發生雜化，同時電子趨向優先單獨占據一個軌道，所以其軌道表達式為：；

(2). SO3和CO32-互為等電子體，S原子以sp2雜化軌道成鍵, SO3分子為平面正三角形分子；

(3). ①對結構相似的有機物，其分子量越大沸點就越高，所以沸點：M小于N；②因為M中含有C-C、苯環以及C=O，所以M中C的雜化方式為sp2、sp3雜化，兩種雜化方式的碳原子比例為：（6+1）:2=7:2 ；③在N、O、C中，第一電離能的順序為N > O > C；

(4). 由SrCO3和CaCO3都為離子晶體，SrCO3和CaCO3離子所帶電荷相等，由于Ca2+半徑小于Sr2+半徑，所以CaO晶格能大于SrO晶格能，所以Ca2+比Sr2+更易與碳酸根離子中的氧離子結合，使碳酸根離子分解為CO2。

(5).晶胞中C60數目為8*1/8+6*1/2=4，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中，晶胞中立方烷數目為4，則分子式為C8H8·C60；

(6). ①由B點坐標可得，a=1，d=1/2，所以C點坐標為（1，1，1/2）；②由石墨的晶胞結構得晶胞中C原子的數量為1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,晶胞體積為2d×a×a×sin60°=, ，石墨的密度為 g·cm-3。