题目内容

4．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6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平面三角形，其碳原子杂化轨道类型为sp2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：
碳酸盐MgCO3CaCO3BaCO3SrCO3
热分解温度/℃40290011721360
阳离子半径/pm6699112135
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？碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解
（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C8H8．C60

（5）碳的另一种同素异形体--石墨，其晶体结构如图所示，虚线勾勒出的是其晶胞．则石墨晶胞含碳原子个数为4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$\frac{\sqrt{3}}{16}$ρNAr2cm．

分析 （1）碳原子核外有6个电子，原子核外没有运动状态相同的电子，价电子排布式为2s22p2，根据泡利原理与洪特规则画出价电子排布图；
（2）光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3；
（3）分解本质是阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强；
（4）根据均摊法计算晶胞中C60数目，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中，根据晶胞中C60数目确定立方烷数目，进而确定化学式；
（5）由图可知石墨的晶胞结构为，设晶胞的底边长为acm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h=2d，底面图为，则$\frac{a}{2}$=r×sin60°，可得a=$\sqrt{3}$r，再计算底面面积，根据均摊法计算晶胞质量，结合ρ=$\frac{m}{{a}^{2}sin60°×2d}$计算．

解答 解：（1）碳原子核外有6个电子，原子核外没有运动状态相同的电子，即有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，根据泡利原理与洪特规，价电子排布图为，
故答案为：6；；
（2）光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤对电子，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化，
故答案为：平面三角形；sp2；
（3）碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解，
故答案为：碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解；
（4）晶胞中C60数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则化学式为C8H8．C60，
故答案为：C8H8．C60；
（5）由图可知石墨的晶胞结构为，设晶胞的底边长为acm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h=2d，底面图为，则$\frac{a}{2}$=r×sin60°，可得a=$\sqrt{3}$r，则底面面积为（$\sqrt{3}$r）2×Sin60°，晶胞中C原子数目为1+2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$=4，晶胞质量为$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g，则：
ρg．cm-3=$\frac{4×12}{{N}_{A}}$g÷[（$\sqrt{3}$r）2×Sin60°×2d]cm3，整理可得d=$\frac{\sqrt{3}}{16}$ρNAr2，
故答案为：4；$\frac{\sqrt{3}}{16}$ρNAr2．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式判断、晶胞计算等，（5）中计算为易错点、难点，基本属于纯数学计算，需要学生具备一定的数学计算能力，难度较大．

练习册系列答案
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14．化学与环境保护、社会可持续发展密切相关，下列说法或做法合理的是（　　）
①将地沟油回收加工为生物柴油，提高资源的利用率
②进口国外电子垃圾，回收其中的贵重金属
③燃煤进行脱硫脱硝处理，减少硫的氧化物和氮的氧化物的排放
④洗衣粉中添加三聚磷酸钠（Na3P5O10），增强去污效果
⑤易降解的生物农药更适合于在未来有害生物综合治理中的应用．
A．①③⑤B．②⑤C．③④D．①②③④⑤
15．图是某学校实验室从化学试剂商店买回的硫酸试剂标签上的部分内容．据此下列说法正确的是（　　）
A．该试剂的物质的量浓度为9.2 mol•L-1
B．该硫酸50 mL与足量的铜反应可得到标准状况下0.46 mol气体
C．配制200 mL 4.6mol•L-1的稀硫酸需取该硫酸50 mL
D．该硫酸与等体积的水混合所得溶液的质量分数小于49%
12．下列离子方程式中，正确的是（　　）
A．Na2O2固体溶于足量水中：2O${\;}_{2}^{2-}$+2H2O═4OH-+O2↑
B．次氯酸钙溶液中通入过量的CO2：Ca2++2ClO-+CO2+H2O═CaCO3↓+2HClO
C．碳酸氢钙溶液中滴入少量的NaOH溶液：Ca2++HCO3-+OH-═CaCO3↓+H2O
D．硝酸铝溶液中加入过量氨水：Al3++4OH-═AlO2-+2H2O
19．古代的很多成语、谚语都蕴含着很多科学知识，下列对成语、谚语的解释正确的是（　　）
A．“冰，水为之，而寒于水”说明相同质量和温度的水和冰，冰的能量高
B．“玉不琢不成器”，“百炼方能成钢”发生的均为化学变化
C．“甘之如饴”说明糖类均有甜味
D．“火树银花”中的焰火实质上是金属元素的焰色反应
9．已知：A是来自石油的重要有机化工原料，E是具有果香味的有机物，F是一种高聚物，可制成食品包装材料．

（1）A的结构简式为CH2=CH2．
（2）D分子中的官能团的名称是羧基
（3）写出反应②的化学方程式2CH3CH2OH+O2$→_{△}^{Cu}$2CH3CHO+2H2O．
16．某化学小组在实验室制取Na2O2．查阅资料可知：钠与空气在453～473K之间可生成Na2O，迅速提高温度到573～673K之间可生成Na2O2，若温度提高到733～873K之间Na2O2可分解．除Li外其他碱金属不与N2反应．
（1）甲组设计制取Na2O2装置如1图．
①使用该装置制取的Na2O2中可能含有的杂质为bcd．
a．Na3N     b．Na2CO3      c．Na2Od．NaOH     e．NaHCO3
②该小组为测定制得的Na2O2样品的纯度，设计装置如图2：
烧瓶中发生的主要反应的化学方程式是2Na2O2+2H2SO4=2Na2SO4+O2↑+2H2O．分液漏斗和烧瓶用导管连接可使稀硫酸顺利流下，也可防止产生实验误差，若没有该导管将导致测定结果偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．测定装置的接口从左至右正确的连接顺序是aedfgh．
（2）乙组从反应历程上分析该测定反应存在中间产物，从而导致测定结果偏小（填“偏大”或“偏小”）．为证明其分析的正确性，设计实验方案如下：
实验方案产生的现象
Ⅰ．取烧瓶中的反应液加入少量Mn02粉末有大量气泡逸出
Ⅱ．向NaOH稀溶液中加入2〜3滴酚酞试液，然后加入少量的反应液溶液先变红后褪色
Ⅲ．向反应液中加入2〜3滴酚酞试液，充分振荡，然后逐 滴加入过量的NaOH稀溶液开始无明显现象．加NaOH溶 液先变红后褪色
在上述实验中，能够证明乙组分析正确的最佳方案是I（填实验序号）．根据上述实验可知，反应溶液中存在的中间产物与酚酞作用的条件是碱性条件．
（3）丙组根据上述提供的有关信息，设计一个方案可准确的测定样品的纯度．请简述实验操作和需要测定的有关数据称取一定质量的样品（m），加热733～873K使之分解，用量气装置测定常温常压下生成氧气体积（V），然后进行有关计算．[或者称取一定质量的样品（m），进入少量二氧化锰，再进入足量的水，用量气装置测定常温常压下生成氧气体积（V），然后进行有关计算]．
13．已知水溶液中CrO42-（黄色）和 Cr2O72-（橙色）间存在如下平衡：2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O△H＜0
（1）该反应平衡常数的表达式为K=$\frac{c（C{r}_{2}{O}_{7}^{2-}）}{{c}^{2}（Cr{O}_{4}^{2-}）•{c}^{2}（{H}^{+}）}$
（2）下列说法正确的是AB
A、V正（CrO42-）=2V逆（Cr2O72-）说明该反应已达平衡状态
B、溶液颜色不变说明该反应已达平衡状态
C、溶液中c（CrO42-）：c（Cr2O72-）=2：1时该反应已达平衡状态
D、升温该反应平衡常数变大
E、向平衡后的体系中加入一定量的水，平衡不移动
（3）根据2CrO42-+2H+?Cr2O72-+H2O设计图示装置（两极均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7图中右侧电极连接电源的正极，其电极反应式为：4OH--4e-═O2↑+2H2O
（4）H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）；△H=-a KJ/mol
3Cl2（g）+2Cr3+（aq）+16OH-（aq）=2CrO42-（aq）+6Cl-（aq）+8H2O（l）；△H=-b KJ/mol
2CrO42-（aq）+2H+（aq）?Cr2O72-（aq）+H2O（l）；△H=-c  KJ/mol
已知酸性条件下Cr2O72-将Cl-氧化为Cl2，本身被还原为Cr3+，试写出该反应的热化学方程式：Cr2O72-（aq）+6Cl-（aq）+14H+（aq）=3Cl2（g）+2Cr3（aq）++7H2O（l）△H=（c+b-16a）KJ/mol．
18．下列离子反应，表达正确的是（　　）
A．向含有Fe2O3悬浊液中通入HI：Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O
B．CaCO3与醋酸（CH3COOH）反应：CaCO3+2CH3COOH═Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O
C．向硫酸氢钾溶液中加入Ba（OH）2溶液至pH=7：2H++SO42-+Ba2++2OH-═BaSO4↓+2H2O
D．MgSO4溶液跟Ba（OH）2溶液反应：SO42-+Ba2+=BaSO4↓

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