Question

【题目】碳及其化合物有着重要用途。回答下列问题：

(1)基态碳原子的价层电子排布图为___________。

(2)在CH2=CHCN中，碳原子的杂化方式有___________、___________，所含σ键数目和π键数目之比为___________。

(3)甲烷、水、氨气中C、O、N原子均采用sp3杂化方式，VSEPR模型均为正四面体构型，比较三者键角的大小___________(由大到小，用H一R—H表示)，其原因是___________。

(4)C60室温下为紫红色固体，不溶于水，能溶于四氯化碳等非极性溶剂。据此判断C60的晶体类型是___________。

(5)C60晶胞结构如图，C60分子处于顶点和面心。已知：C60晶胞棱长为14.20 (1=10－8cm)，则C60的晶体密度为___________g/cm3。

C60体中存在正四面体空隙(例如1、3、6、7四点构成)和正八面体空隙(例如3、6、7、8、9、12六点构成)，则平均每一个C60晶胞中有___________个正四面体空隙和4个正八面体空隙。当碱金属元素全部占满所有空隙后，这类C60掺杂物才具有超导性。若用金属铯(Cs)填满所有空隙，距离最近的两个Cs原子间的距离为___________ 。

Answer 1

【答案】 sp、 sp2 2：1 H-C- H>H-N-H>H-O-H C、N、O均为sp3杂化，孤电子对分别为0、1、2，“孤电子对—成键电子对”的斥力大于“成键电子对—成键电子对”的斥力，孤电子对越多斥力越大，键角越小。 分子晶体 1.67 8 7.10

【解析】

(1)基态C原子的核外电子排布式为1s22s22p2，价电子排布式为2s22p2，则价电子排布图为。

(2)CH2=CHCN中，2个C采用sp2杂化、1个C采用sp杂化。键、π键数目分别为6、3，所含σ键数目和π键数目之比为2:1；答案：sp、sp2；2：1。

(3)甲烷、水、氨气中C、O、N原子均采用sp3杂化方式，VSEPR模型均为正四面体构型、理论键角均为10928'；但随着孤电子对数目的增多，对成键电子对的斥力越大，实际键角将越小。所以甲烷、水、氨气中C、O、N原子均采用sp3杂化方式，VSEPR模型均为正四面体构型，三者键角的大小为H-C- H>H-N-H>H-O-H；答案：H-C- H>H-N-H>H-O-H；C、N、O均为sp3杂化，孤电子对分别为0、1、2，“孤电子对—成键电子对”的斥力大于“成键电子对—成键电子对”的斥力，孤电子对越多斥力越大，键角越小。

(4)C60是非金属单质晶体，不可能是离子晶体和金属晶体。分子晶体的特点是：熔沸点低，不导电，能溶解在某些溶剂中。而原于晶体一般不溶于其他溶剂。所以C60是分子晶体；答案：分子晶体。

(5)晶胞含有的C60分子数为：81/8+61/6=4，故密度为41260g÷[NA(14. 2010-8cm)3]=1.67g/cm3。正四面体空隙分别是位于1/8晶胞的小立方体的体心位置，共8个（如图中×），正八面体中心分别位于晶胞体心和晶胞棱中心，11+121/4=4（如图中）。当Cs原于填入这些空隙后，由这些Cs 原于再次构成立方体，分别位于顶点和体心，故最近的Cs原子为构成的立方体的棱长，等于C60晶胞棱长的1/2 ，即为7.10 。答案：1.67；8；7.10。