Question

4．碳的多样性体现在碳单质的多样性、含碳化合物的多样性、碳及其化合物应用的多样性等方面．
（1）乙烯分子中σ键与π键的数目之比为5：1．
（2）掺杂铬的石墨镀层是一种高硬度的自动润滑剂，基态铬原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹．
（3）石墨烯（如图1）是目前科技研究的热点，可看作将石墨的层状结构一层一层地剥开得到的单层碳原子层晶体．理论上12g石墨烯中有$\frac{1}{2}$N_A个六元碳环．
（4）碳化硅（SiC）俗名“金刚砂”，有类似金刚石的结构和性质，其空间结构中碳硅原子相间排列，如图2所示（其中●为碳原子，○为硅原子）．
①第一电离能大小比较：C＞Si（填“＞”、“＜”或“=”）．
②碳化硅晶体中，C-Si键的键角都是109°28′．
③若设该晶胞的边长为apm，则碳化硅晶体的密度是$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必计算出数值．阿伏伽德罗常数的数值为N_A）．

Answer 1

分析 （1）乙烯中单键为σ键，双键中一个是σ键、一个是π键；
（2）Cr是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理书写基态Cr原子核外电子排布式；
（3）石墨烯中平均每个环上C原子个数=1×$\frac{1}{3}$×6=2，12g石墨中物质的量=$\frac{12g}{12g/mol}$=1mol，碳原子个数为N_A；
（4）①同一主族元素，元素第一电离能随着原子序数增大而减小；
②碳化硅中每个C原子和四个Si原子形成正四面体结构，其键角和甲烷键角相同；
③该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算其密度

解答 解：（1）乙烯中单键为σ键，双键中一个是σ键、一个是π键，所以乙烯分子中σ键与π键的数目之比=5：1，
故答案为：5：1；
（2）Cr是24号元素，其原子核外有24个电子，根据构造原理知基态Cr原子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
（3）石墨烯中平均每个环上C原子个数=1×$\frac{1}{3}$×6=2，12g石墨中物质的量=$\frac{12g}{12g/mol}$=1mol，碳原子个数为N_A，所以六元环个数为$\frac{1}{2}$N_A，
故答案为：$\frac{1}{2}$N_A；
（4）立体网状结构的晶体为原子晶体，二氧化碳晶体中每个C原子连接4个O原子，价层电子对个数是4，所以C原子采用sp³杂化，故答案为：原子晶体；sp³；
（5）①同一主族元素，元素第一电离能随着原子序数增大而减小，所以第一电离能C＞Si，故答案为：＞；
②碳化硅中每个C原子和四个Si原子形成正四面体结构，其键角和甲烷键角相同，所以其键角是，故答案为：109°28′；
③该晶胞中C原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子个数为4，晶胞边长=a×10^-10cm，体积V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{{N}_{A}}}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm³=$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm³，
故答案为：$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、原子杂化判断、原子核外电子排布式的书写等知识点，这些都是高考高频点，知道构造原理、价层电子对互斥理论内涵，难点是晶胞计算，题目难度中等．