Question

【题目】碳是地球上组成生命的最基本的元素之一。按要求回答：

碳原子核外有________种不同空间运动状态的电子

碳元素能形成多种无机物。石墨与钾可形成石墨夹层离子晶体如图，其结构为每隔一层碳原子插入一层钾原子，与钾原子层相邻的上下两层碳原子排列方式相同，则与钾最近等距的配位碳原子有_________个。

碳也可形成多种有机化合物，下图所示是一种嘌呤和一种吡啶的结构，两种分子中所有原子都在一个平面上。吡啶分子中含有键数目是__________。

嘌呤结构中N原子的杂化方式为________。

嘌呤中轨道之间的夹角比大，解释原因___________。

将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代可形成碳的一种新型三维立方晶体结构碳。已知碳密度为，阿伏加德罗常数为，则碳的晶胞参数________写出表达式即可。

Answer 1

【答案】4 12 孤电子对与成键电子对之间的斥力大于成键电子对之间的斥力，斥力大，键角大

【解析】

(1)核外电子空间运动状态由能层、能级、原子轨道决定；

(2)每隔一层碳原子插入一层钾原子，与钾原子层相邻的上下两层碳原子排列方式相同，则与K原子距离等距的C原子上层有6个、下层有6个；

(3)单键为σ键、双键中含有1个σ键、1个π键；

(4)分子中所有原子都在一个平面上，则嘌呤结构中N原子价层电子对个数是3；

(5)孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力；

(6)均摊法计算金刚石晶胞中碳原子数目，将金刚石晶胞每个C原子换成由4个碳原子组成的正四面体结构单元可得T-碳晶胞，计算T-碳晶胞碳原子数目，再计算晶胞质量，结合晶胞质量=晶体密度×晶胞体积计算晶胞参数。

(1)碳原子核外电子排布式为1s22s22p2，核外电子空间运动状态由能层、能级、原子轨道决定，1s轨道、2s轨道、2p有2个轨道，核外有4种不同空间运动状态的电子；

(2)石墨与钾可形成石墨夹层离子晶体C8K(如图)，其结构为每隔一层碳原子插入一层钾原子，与钾原子层相邻的上下两层碳原子排列方式相同，则与K原子距离等距的C原子上层有6个、下层有6个，所以有12个；

(3)单键为σ键、双键中含有1个σ键、1个π键，环上的C原子总共还形成4个C-H键，故1mol吡啶分子中含有σ键数目10NA；

(4)分子中所有原子都在一个平面上，则嘌呤结构中N原子价层电子对个数是3，N原子杂化类型为sp2；

(5)孤电子对和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，斥力越大键角大，故嘌呤中轨道之间的夹角∠1比∠2大；

(6)一个金刚石晶胞中，含有C的数目为8×+4=8，将每个C原子换成由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则T-碳晶胞中含有碳原子数目为8×4=32个，则晶胞质量=32×g，1个晶胞的体积为V=a3pm3=(a×10-10)3cm3，所以晶胞质量=32×g=(a×10-10)3cm3×ρg/cm3，解得a=×1010。