Question

【題目】碳是地球上組成生命的最基本的元素之一。按要求回答：

（1）碳原子核外有________種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，第一電離能介于B和C之間的元素的名稱為_________。

（2）碳元素能形成多種無(wú)機(jī)物。

①CO32-的立體構(gòu)型是_______________。

②MgCO3分解溫度比CaCO3低的原因是_________________________。

③石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K（如圖），其結(jié)構(gòu)為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與鉀最近等距的配位碳原子有_________個(gè)。

（3）碳也可形成多種有機(jī)化合物，下圖所示是一種嘌呤和一種吡啶的結(jié)構(gòu)，兩種分子中所有原子都在一個(gè)平面上。

①1 mol 吡啶分子中含有σ鍵數(shù)目是__________。

②嘌呤結(jié)構(gòu)中N原子的雜化方式為________。

③嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大，解釋原因________________________________。

（4）將立方金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代可形成碳的一種新型三維立方晶體結(jié)構(gòu)——T-碳。已知T-碳密度為ρ g/cm，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則T-碳的晶胞參數(shù)a=________ pm (寫出表達(dá)式即可)。

Answer 1

【答案】4 鈹 平面三角形 氧化鎂晶格能比氧化鈣大，使得鎂離子比鈣離子更容易結(jié)合碳酸根中的氧離子 12 10NA sp2 孤電子對(duì)與鍵合電子對(duì)之間的斥力大于鍵合電子對(duì)之間的斥力，斥力大，鍵角大 ×1010

【解析】

(1)碳原子核外有6個(gè)電子，電子排布式為1s22s22p2，據(jù)此判斷不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子數(shù)目；同周期主族元素隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢(shì)，ⅡA族、VA族第一電離能高于相鄰元素，據(jù)此結(jié)合元素周期表分析解答；

(2)①CO32-中C的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+=3，據(jù)此分析判斷；

②根據(jù)金屬陽(yáng)離子結(jié)合氧離子的能力大小分析解答；

③根據(jù)石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K的結(jié)構(gòu)圖，2層碳原子中插入一層鉀原子，與鉀最近等距的碳原子有上下2層中對(duì)應(yīng)的2個(gè)六邊形，據(jù)此判斷；

(3)①1個(gè)單鍵為1個(gè)σ鍵，1個(gè)雙鍵為1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，根據(jù)吡啶()的結(jié)構(gòu)分析判斷；

②嘌呤分子為平面結(jié)構(gòu)，N形成3根共價(jià)鍵，根據(jù)雜化軌道理論分析判斷；

③孤電子對(duì)與鍵合電子對(duì)之間的斥力＞鍵合電子對(duì)與鍵合電子對(duì)之間的斥力，據(jù)此解答；

(4)根據(jù)圖示計(jì)算一個(gè)T-碳晶胞中含有的碳原子數(shù)，從而計(jì)算1molT-碳晶胞的質(zhì)量，結(jié)合T-碳的密度計(jì)算T-碳的晶胞參數(shù)a。

(1)碳原子核外有6個(gè)電子，電子排布式為1s22s22p2，其中2p上的3個(gè)原子軌道互相垂直，一共有4種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；同周期主族元素隨原子序數(shù)增大第一電離能呈增大趨勢(shì)，第ⅡA族、VA族滿足全充滿或半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能高于同周期相鄰元素的，第二周期中，第一電離能介于B元素和C元素間的元素是Be，名稱為鈹，故答案為：4；鈹；

(2)①CO32-中C的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+=3，采用sp2雜化，立體構(gòu)型為平面三角形，故答案為：平面三角形；

②在離子晶體中，離子半徑越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金屬碳酸鹽中，陽(yáng)離子半徑越小對(duì)氧的吸引力越大，就越容易導(dǎo)致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族中，隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑增大，碳酸鹽的分解溫度也增大，所以MgCO3分解溫度比CaCO3低，故答案為：氧化鎂晶格能比氧化鈣大，使得鎂離子比鈣離子更容易結(jié)合碳酸根中的氧離子；

③根據(jù)石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K的結(jié)構(gòu)圖，與鉀最近等距的配位碳原子有上下2層中對(duì)應(yīng)的2個(gè)六邊形上的12個(gè)碳原子，故答案為：12；

(3)①1個(gè)單鍵為1個(gè)σ鍵，1個(gè)雙鍵為1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，1 mol 吡啶()分子中含有σ鍵數(shù)目是10NA，故答案為：10NA；

②嘌呤分子為平面結(jié)構(gòu)，N形成3根共價(jià)鍵，根據(jù)雜化軌道理論，則N原子的雜化方式為sp2雜化，故答案為：sp2；

③根據(jù)VSEPR理論，孤電子對(duì)對(duì)鍵合電子對(duì)之間的斥力大于鍵合電子對(duì)對(duì)鍵合電子對(duì)之間的斥力，導(dǎo)致鍵合電子對(duì)與鍵合電子對(duì)之間的夾角減小，因此嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大，故答案為：孤電子對(duì)與鍵合電子對(duì)之間的斥力大于鍵合電子對(duì)之間的斥力，斥力大，鍵角大；

(4)一個(gè)金剛石晶胞中，含有C的數(shù)目為8×+6×+4=8，將每個(gè)C原子換成四面體結(jié)構(gòu)的C，則T-碳晶胞中含有碳原子數(shù)目為8×4個(gè)，取1mol這樣的晶胞，則有NA個(gè)這樣的晶胞，則1molT-碳晶胞的質(zhì)量為m=12×8×4g，T-碳密度為ρ g/ cm3，則1個(gè)晶胞的體積為= cm3，則T-碳的晶胞參數(shù)a= cm =×1010pm，故答案為：×1010。