Question

【题目】碳、氮、氧、氟、钙、铜等元素的化合物广泛存在于自然界，回答下列问题：

(1)将乙炔(C2H2)通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红榇色沉淀。乙炔分子中σ键与π键个数比值为___________，Cu+基态核外电子排布式为___________，[Cu(NH3)2]Cl中化学键类型为___________。

(2)NF3是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体。元素第一电离能N___________F(填“>”“<”或“=”)，NF3中氮原子的杂化轨道类型为___________，NF3属于___________分子。(填“极性”或“非极性”)

(3)C60可以用作储氢材料。已知金刚石中C－C的键长为154.45pm，C60中C－C的键长为140~145pm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确?理由是___________。

(4)氮的氧化物和含氧酸在医疗上具有重要的应用。写出与N2O互为等电子体的分子___________(任写一种)，酸性HNO3>HNO2，试着从结构上解释其原因___________。

(5)电石(CaC2)是有机合成化学工业的基本原料。CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示)，但晶体中由于哑铃形C22－的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中每个Ca2+周围距离最近的C22－的数目为___________，已知CaC2晶体的密度为2.22g·cm－3，该晶胞的体积为___________cm3。

Answer 1

【答案】3:2 1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 离子键、共价键、配位键 ＜ sp3 极性 不正确，金刚石是原子晶体，融化时需要破坏共价键，C60为分子晶体，融化时破坏分子间作用力，无需破坏共价键，所以C60熔点低于金刚石。 CO2或 CS2等 电负性O＞N，－NO2中N的正电性大于－NO中的N，导致HO－NO2中O－H极性大于HO－NO中的O－H极性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易电离出H+，即酸性HNO3＞HNO2。 4 1.9×10－22

【解析】

本题考查的是物质结构和性质。

（1）乙炔中氢原子只有1个电子基态下处于能量最低1s轨道。而碳原子有6个电子，两个位于1s轨道，不参与成键，4个位于第二层上。当形成乙炔时，4个位于最外层的原子轨道发生杂化，即一个s轨道和一个p轨道杂化成两个sp轨道，另外的两个2p轨道保持不变。这样在形成乙炔时，碳原子的其中一个sp轨道与氢原子的1s轨道头碰头重叠，形成C-Hσ键，另一个sp轨道则与另一个碳原子的sp轨道头碰头重叠形成C-Cσ键。碳原子剩下的两个p轨道则肩并肩重叠形成两个C-Cπ键。所以乙炔中有3个σ键与2个π键。Cu为29号元素，Cu+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+与NH3之间的化学键为配位键，N-H为极性共价键，[Cu(NH3)2]+与Cl-之间为离子键；

（2）同周期主族元素从左到右最外层电子的有效核电荷逐渐增大，电离能也逐渐增大，所以F元素的第一电离能比N元素的第一电离能大。N原子杂化轨道数目为4，采取sp3杂化。NF3分子构型与NH3相似，NH3分子构型是三角锥型，所以NF3分子构型也是三角锥型，三角锥型分子的结构不对称，正负电荷中心不重叠，为极性分子；

（3）金刚石是原子晶体，融化时需要破坏共价键，C60为分子晶体，融化时破坏分子间作用力，无需破坏共价键，所以C60熔点低于金刚石；

（4）符合等电子体的两条基本要求是：原子总数一致，价电子总数一致。二氧化碳、二硫化碳与一氧化二氮分子中都含有3个原子，其价电子总数是16，是等电子体；电负性O＞N，－NO2中N的正电性大于－NO中的N，导致HO－NO2中O－H极性大于HO－NO中的O－H极性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易电离出H+，即酸性HNO3＞HNO2；

（5）依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心可知1个Ca2+周围距离最近的C22-有4个，而不是6个，要特别注意题给的信息，CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似，该晶胞中含有Ca为12×14+1=4，一个晶胞中含有4个CaC2，CaC2晶体的密度为2.22g/cm3，该晶胞的体积为V=m/ρ=(4×64)÷(2.22×6.02×1023)≈1.92×1022cm3。据此解答。

（1）乙炔中氢原子只有1个电子基态下处于能量最低1s轨道。而碳原子有6个电子，两个位于1s轨道，不参与成键，4个位于第二层上。当形成乙炔时，4个位于最外层的原子轨道发生杂化，即一个s轨道和一个p轨道杂化成两个sp轨道，另外的两个2p轨道保持不变。这样在形成乙炔时，碳原子的其中一个sp轨道与氢原子的1s轨道头碰头重叠，形成C-Hσ键，另一个sp轨道则与另一个碳原子的sp轨道头碰头重叠形成C-Cσ键。碳原子剩下的两个p轨道则肩并肩重叠形成两个C-Cπ键。所以乙炔中有3个σ键与2个π键。Cu为29号元素，Cu+基态核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10 。[Cu(NH3)2]Cl中Cu+与NH3之间的化学键为配位键，N-H为极性共价键，[Cu(NH3)2]+与Cl-之间为离子键。本小题答案为：3:2 ；1s22s22p63s23p63d10或[Ar]3d10；离子键、共价键、配位键。

（2）同周期主族元素从左到右最外层电子的有效核电荷逐渐增大，电离能也逐渐增大，所以F元素的第一电离能比N元素的第一电离能大。N原子杂化轨道数目为4，采取sp3杂化。NF3分子构型与NH3相似，NH3分子构型是三角锥型，所以NF3分子构型也是三角锥型，三角锥型分子的结构不对称，正负电荷中心不重叠，为极性分子。本小题答案为：<；sp3 ；极性。

（3）不正确，金刚石是原子晶体，融化时需要破坏共价键，C60为分子晶体，融化时破坏分子间作用力，无需破坏共价键，所以C60熔点低于金刚石。本小题答案为：不正确，金刚石是原子晶体，融化时需要破坏共价键，C60为分子晶体，融化时破坏分子间作用力，无需破坏共价键，所以C60熔点低于金刚石。

（4）符合等电子体的两条基本要求是：原子总数一致，价电子总数一致。二氧化碳、二硫化碳与一氧化二氮分子中都含有3个原子，其价电子总数是16，是等电子体；电负性O＞N，－NO2中N的正电性大于－NO中的N，导致HO－NO2中O－H极性大于HO－NO中的O－H极性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易电离出H+，即酸性HNO3＞HNO2。本小题答案为：CO2或 CS2等；电负性O＞N，－NO2中N的正电性大于－NO中的N，导致HO－NO2中O－H极性大于HO－NO中的O－H极性，因而在水分子作用下HO－NO2比HO－NO更容易电离出H+，即酸性HNO3＞HNO2。

（5）依据晶胞示意图可以看出，晶胞的一个平面的长与宽不相等，再由图中体心可知1个Ca2+周围距离最近的C22-有4个，而不是6个，要特别注意题给的信息，CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似，该晶胞中含有Ca为12×14+1=4，一个晶胞中含有4个CaC2，CaC2晶体的密度为2.22g/cm3，该晶胞的体积为V=m/ρ=(4×64)÷(2.22×6.02×1023)≈1.92×1022cm3。本小题答案为：4；1.92×1022。