Question

【題目】[化學(xué)—選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

已知X和Y均為短周期元素，其原子的第一至第五電離能如下表所示：

電離能（kJ/mol）	I1	I2	I3	I4	I5
X	801	2427	3660	25026	32827
Y	577.5	1816.7	2744.8	11577	14842

根據(jù)上述信息：

①X和氯元素形成的簡(jiǎn)單分子的空間構(gòu)型為 。

②Y的基態(tài)原子的核外電子排布式為 ，若Y和氯元素形成的分子的相對(duì)分子質(zhì)量為267，請(qǐng)?jiān)谙铝蟹娇蛑袑?xiě)出該分子的結(jié)構(gòu)式（若存在配位鍵，用“→”表示）

（2）碳元素可以形成多種單質(zhì)及化合物：

①C60的結(jié)構(gòu)如圖1。C60中的碳原子的雜化軌道類(lèi)型是 ；

解釋?zhuān)?/span>②金剛石中的C-C的鍵長(zhǎng)大于C60中C-C的鍵長(zhǎng)的原因是 ；

③金剛石的熔點(diǎn)高于C60的原因是 ；

（3）如圖2是鉀的石墨插層化合物的晶胞圖（圖中大球表示K原子，小球表示C原子），如圖3是晶胞沿右側(cè)方向的投影．

①該化合物的化學(xué)式是 ；

②K層與C層之間的作用力是 ；

③K層中K原子之間的最近距離是C-C鍵的鍵長(zhǎng)dC-C的 倍

（4）SiC的晶胞與金剛石的晶胞相似，設(shè)碳原子的直徑為a cm，硅原子的直徑為b cm，則晶胞的邊長(zhǎng)為 cm（用含a、b的式子表示）。

Answer 1

【答案】（1）① 平面正三角形。② 1s22s22p63s3，

（2）① sp2雜化；② 金剛石中的C—C鍵為單鍵，而C60中每個(gè)碳原子都以sp2的形式雜化，其2p軌道上還有一個(gè)單電子軌道垂直于sp2雜化軌道的平面，相互之間肩并肩重合形成π鍵，故金剛石中的C-C的鍵長(zhǎng)大于C60中C-C的鍵長(zhǎng)；③ C60是分子晶體，熔化時(shí)破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，融化時(shí)平破壞的是共價(jià)鍵。

（3）① C8K；② 離子鍵；③ 2；

（4） 。

【解析】

試題分析：

（1）X和Y均為短周期元素，其原子的第一至第五電離能，原子多于5個(gè)電子。又由于X、Y都是I4遠(yuǎn)大于I3，說(shuō)明最外層都是3個(gè)電子。X、Y元素的原子的I1，X大于Y的，故X是B，Y是Al。①X（B）和氯元素形成的簡(jiǎn)單分子BCl3的中心原子B原子的價(jià)層電子無(wú)孤電子對(duì)，所以其空間構(gòu)型為平面正三角形；② Y（Al）的基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s3，Y和氯元素形成的分子的相對(duì)分子質(zhì)量為267，其分子是Al2Cl6，Al原子3p有3個(gè)單電子，與3個(gè)Cl原子形成共價(jià)鍵，還有1個(gè)空軌道，可以接收Cl原子提供的孤對(duì)電子形成配位鍵，故其結(jié)構(gòu)式是。

（2）①C60中的每一個(gè)碳原子都與3個(gè)相鄰的碳原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，故碳原子軌道以 sp2的形式雜化；

②金剛石中的C-C鍵為單鍵，而C60中的每個(gè)碳原子都以sp2的形式雜化，其2p軌道上還有一個(gè)單電子軌道垂直于sp2雜化軌道的平面，相互之間肩并肩重合形成π鍵，故金剛石中的C-C的鍵長(zhǎng)大于C60中C-C的鍵長(zhǎng)；

③C60是分子晶體，熔化時(shí)破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，熔化時(shí)破壞的是共價(jià)鍵。

（3）①根據(jù)均攤法：晶胞中的原子數(shù)目分別為K：4×（頂角）＋4×（面上）＋5（體心）=1+2+5=8，C：4×[8×（面上）＋12（體心）]=4×16=64。原子數(shù)目這比K：C=8：64=1：8，故該化合物的化學(xué)式是C8K；②K屬于活潑金屬元素，C為非金屬元素，二者之間的作用力為離子鍵；③設(shè)晶胞沿右側(cè)方向的投影的邊長(zhǎng)是2a，寬為a，則K層中K原子之間的最近距離為a，正六邊形的內(nèi)角為120℃，則4dC-C·cos30°=a，故a=2dC-C；

（4）碳化硅的晶胞與金剛石的晶胞相似（如圖），碳原子與硅原子最近距離為晶體體對(duì)角線的，若晶胞的邊長(zhǎng)為lcm，則晶體體對(duì)角線為lcm=4×（+），故l=。