Question

20．碳元素在自然界中分布很广，在地壳中其丰富程度位列第14位，远低于氧、硅、铝、铁等元素．但是，碳却是存在形式最复杂的元素，如煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等．请回答下列问题：
（1）基态碳原子的电子排布式为1s²2s²2p²．
（2）在CO₂分子中，碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键．
（3）COCl₂俗称光气，分子中C原子采取sp²杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl₂分子的空间构型为平面三角形．
（4）二茂铁（C₅H₅）₂Fe是Fe²⁺与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲（），它能与Fe²⁺形成红色配合物（如图1），该配离子中Fe²⁺与氮原子形成配位键共有6个．

（5）普鲁士蓝可用作染料，它的结构如图2所示．普鲁士蓝中，n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6．
（6）CaC₂晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似，但CaC₂晶体中哑铃C₂^2-的存在，使晶胞沿一个方向拉长（如图3）．CaC₂中C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式可表示．已知CaC₂晶体密度为ag•cm^-3，N_A表示阿伏加德罗常数，则CaC₂晶胞体积为$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）基态C原子核外有6个电子，根据构造原理书写其基态原子核外电子排布式；
（2）CO₂分子结构式为O=C=O，碳原子杂化轨道数目为2；
（3）C原子价层电子对数是3且不含孤电子对，据此判断其空间构型；
（4）N原子含有1对孤对电子，与Fe²⁺形成配位键；
（5）利用均摊法计算结构中Fe³⁺、Fe²⁺、CN^-数目，结合电荷守恒计算K⁺数目；
（6）C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，与N₂也互为等电子体，等电子体结构相似，O₂²⁺中O原子之间形成3对共用电子对；
利用均摊法计算出晶胞中Ca²⁺、C₂^2-数目，表示出晶胞质量，再根据V=$\frac{m}{ρ}$计算．

解答 解：（1）基态C原子核外有6个电子，根据构造原理知C元素基态原子核外电子排布式为1s²2s²2p²，
故答案为：1s²2s²2p²；
（2）CO₂分子结构式为O=C=O，碳原子杂化轨道数目为2，所以C原子采用sp杂化，
故答案为：sp；
（3）COCl₂分子中C原子采取sp²杂化成键，C原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形，
故答案为：平面三角形；
（4）N原子含有1对孤对电子，与Fe²⁺形成配位键，由图1可知，该配离子中Fe²⁺与氮原子形成配位键共有6个，
故答案为：6；
（5）结构中Fe³⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，Fe²⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，CN^-离子的个数为：12×$\frac{1}{4}$=3，
根据电荷守恒：N（K⁺）+N（Fe³⁺）×3+N（Fe²⁺）×2=N（CN^-），得N（K⁺）=$\frac{1}{2}$，
普鲁士蓝中 n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6，
故答案为：1：1：1：6；
（6）C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，与N₂也互为等电子体，等电子体结构相似，O₂²⁺中O原子之间形成3对共用电子对，O₂²⁺的电子式为；CaC₂晶胞含有Ca²⁺数目为12×$\frac{1}{4}$+1=4，含有C₂^2-的数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则每个晶胞的质量为$\frac{4×64}{{N}_{A}}$g，晶胞的体积为
V=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}g}{{ag•cm}^{-3}}$=$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³；
故答案为：；$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及晶胞计算、核外电子排布式的书写、微粒空间构型判断、等电子体等知识点，掌握均摊法进行晶胞有关计算，题目难度中等．