Question

【题目】【化学一选修3：物质结构与性质】 碳是地球上组成生命的最基本元素之一，可以sp3 、sp2和sp杂化轨道成共价键，具有很强的结合能力，与其它元素结合成不计其数的无机物和有机化合物，构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

（1）基态碳原子核外有 种空间运动状态的电子，其价电子排布图为 。

（2）光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子立体构型为 ，其碳原子杂化轨道类型为 杂化。

（3）碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如下表所示：

试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？

（4）碳的一种同素异形体——C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子。立方烷（分子式：C8H8，结构是立方体：）是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如下图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为

（5）碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如上图所示，虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为 个。已知石墨的密度为ρg．cm-3 ,C-C键长为rcm，阿伏伽德罗常数的值为NA，计算石墨晶体的层间距为 cm。

（6）碳的第三种同素异形体—一金刚石，其晶胞如上图所示。已知金属钠的晶胞（体心立方堆积）沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如下图A所示，则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是下图 （从A～D图中选填）。

Answer 1

【答案】（1）6；；（2）平面三角形；sp2；（3）因为碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合CO32-中的氧离子，使CO32-分解为CO2的过程，所以当阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力就越强，对应的碳酸盐就越容易分解；（4）C8H8·C60或者C60·C8H8；（5）4；；（6）D

【解析】

试题分析：（1）基态碳原子核外有6个电子，根据泡利原理，在同一基态原子中，不可能有运动状态完全相同的电子，所以基态碳原子有6种空间运动状态的电子，其价电子为2s22p2，排布图为：；答案为：6 ；（2）光气分子中，C原子上的б电子对为3对，孤电子对=，C原子上的价电子对数为三，VSEPR模型为平面三角形，没有孤电子，所以分子空间构型为：平面三角形，碳的杂化方式为sp2杂化，答案为：平面三角形；sp2；（3），从表中可以看出阳离子电荷相同时，阳离子半径越大，其分解温度越高，主要原因是碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合CO32-中的氧离子，使CO32-分解为CO2的过程，所以当阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力就越强，对应的碳酸盐就越容易分解；（4）C60分子晶胞的空间构型为分子密堆积，所以每一个C60晶体的分子间空隙中可以填充一个立方烷，所以该复合型分子晶体中立方烷和C60的个数比为：1:1，所以该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为C8H8·C60或者C60·C8H8，答案为：C8H8·C60或者C60·C8H8；（5）石墨晶胞中含碳原子的个数为：，所以石墨晶胞中含碳原子个数为4，石墨晶体的层间距为：

答案为：4；；