题目内容

8．碳及其化合物与人类关系密切
（1）碳原子的价层电子排布图为，C、N、O三元素的第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C，在丙烯分子中碳原子的杂化方式为sp2、sp3．
（2）固体CO2俗称干冰，干冰可用于人工降雨的原因是干冰沸点低，挥发时吸收热量使水蒸气凝结为液体而降落，干冰晶体内存在的粒子间作用力有范德华力和共价键，其中一个分子周围紧邻的分子有12个．干冰为面心立方晶体，若其晶胞边长为apm，列式表示该晶体的密度$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$ g•cm-3（只列出表达式，不必化简）．
（3）金刚石的晶胞如下图（均为同种原子），碳原子的配位数是4，碳原子与碳碳键个数比为1：2，碳原子空间利用率为34%．（计算结果保留两位有效数字．$\sqrt{2}$=1.41   $\sqrt{3}$=1.73）

分析 （1）C原子2s、2p电子为其价电子，2s能级上含有2个电子、2p能级上含有2个电子；
同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素；
根据价层电子对互斥理论确定原子杂化类型；
（2）干冰升华时吸收热量导致水蒸气凝结；
多原子分子晶体中分子间存在范德华力、分子内存在共价键；
每个二氧化碳分子周围紧邻的分子个数=3×8×$\frac{1}{2}$；
晶胞体积=（a×10-7）3cm3，该晶胞中二氧化碳分子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该晶体密度=$\frac{m}{V}$；
（3）碳原子配位数是4，根据均摊法确定碳原子和共价键个数之比；
该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，设C原子半径为xcm，该晶胞中碳原子总体积=8×$\frac{4}{3}$πx3cm3，根据硬球接触模型可知，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，设晶胞边长为a，所以$\frac{1}{4}$×（$\sqrt{3}$a）=2x，a=$\frac{8}{\sqrt{3}}x$cm，晶胞体积=（$\frac{8}{\sqrt{3}}x$）3cm3，据此计算空间利用率．

解答 解：（1）C原子2s、2p电子为其价电子，2s能级上含有2个电子、2p能级上含有2个电子，其价电子排布图为；
同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能大小顺序是N＞O＞C；
丙烯中碳碳双键两端碳原子价层电子对个数是3，则其杂化方式为sp2，甲基上碳原子价层电子对个数是4，则其杂化方式为sp3；
故答案为：； N＞O＞C；sp2、sp3；      
（2）干冰沸点低，挥发时吸收热量使水蒸气凝结为液体而降落，所以干冰能用于人工降雨；
干冰属于分子晶体，分子间存在范德华力、分子内存在共价键；
每个二氧化碳分子周围紧邻的分子个数=3×8×$\frac{1}{2}$=12；
晶胞体积=（a×10-10）3cm3，该晶胞中二氧化碳分子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，该晶体密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{44}{{N}_{A}}×4}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm-3=$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm-3；
故答案为：干冰沸点低，挥发时吸收热量使水蒸气凝结为液体而降落；共价键、范德华力；12；$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（3）根据图知，C原子配位数是4；每个碳原子连接共价键个数=$\frac{1}{2}$×4=2，所以碳原子个数和共价键个数之比为1：2；
该晶胞中C原子个数=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，设C原子半径为xcm，该晶胞中碳原子总体积=8×$\frac{4}{3}$πx3cm3，根据硬球接触模型可知，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，设晶胞边长为a，所以$\frac{1}{4}$×（$\sqrt{3}$a）=2x，a=$\frac{8}{\sqrt{3}}x$cm，晶胞体积=（$\frac{8}{\sqrt{3}}x$）3cm3，空间利用率=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}c{m}^{3}}{（\frac{8}{\sqrt{3}}x）^{3}c{m}^{3}}$×100%=34%，
故答案为：4；1：2；34%．

点评 本题考查晶胞计算、原子杂化方式判断等知识点，侧重考查分析计算及空间想象能力，难点是配位数及密度计算，注意金刚石晶胞中哪些原子紧贴在一起，为易错点．

练习册系列答案
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