Question

【題目】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(qiáng)的結(jié)合能力，與其它元素結(jié)合成不計其數(shù)的無機(jī)物和有機(jī)化合物，構(gòu)成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請回答下列問題：

（1）基態(tài)碳原子核外有__________種空間運動狀態(tài)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(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)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(xiàn)如今已合成出一種立方烷與C60的復(fù)合型分子晶體，該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)的值為NA，計算石墨晶體的層間距為 cm。

Answer 1

【答案】（1）6；；（2）平面三角形；sp2；（3）碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結(jié)合碳酸根離子中陽離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結(jié)合氧離子能力越強(qiáng)，對應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解；（4）C8H8·C60；（5）4；ρNAr；

【解析】

試題分析：（1）碳原子核外有6個電子，原子核外沒有運動狀態(tài)相同的電子，即有6種運動狀態(tài)不同的電子，碳原子價電子排布式為2s22p2，根據(jù)泡利原理與洪特規(guī)，價電子排布圖為，故答案為：6；；

（2）光氣的分子式為COCl2，其分子中C原子形成3個σ鍵，沒有孤對電子，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，雜化軌道數(shù)目為3，C原子采取sp2雜化，故答案為：平面三角形；sp2；

（3）碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結(jié)合碳酸根離子中陽離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結(jié)合氧離子能力越強(qiáng)，對應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解，故答案為：碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結(jié)合碳酸根離子中陽離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，其結(jié)合氧離子能力越強(qiáng)，對應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解；

（4）晶胞中C60數(shù)目為8×+6×=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(shù)目為4，則化學(xué)式為C8H8·C60，故答案為：C8H8·C60；

（5）由圖可知石墨的晶胞結(jié)構(gòu)為，設(shè)晶胞的底邊長為acm，晶胞的高為h cm，層間距為d cm，則h=2d，底面圖為，則=r×sin60°，可得a=r，則底面面積為(r)2×Sin60°，晶胞中C原子數(shù)目為1+2×+8×+4×=4，晶胞質(zhì)量為g，則：ρg．cm-3=g÷[(r)2×Sin60°×2d]cm3，整理可得d=ρNAr2，故答案為：4；ρNAr。