Question

12．碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：
（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用形象化描述电子云．
（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构．
（3）C₂H₂ 分子中，共价键的类型有σ键、π键，C 原子的杂化轨道类型是SP，写出两个与C₂H₂ 具有相
同空间构型含碳无机物分子的分子式CO₂．
（ 4 ）CO 能与金属Fe、Ni 分别形成Fe（CO）₅、Ni（CO）₄，Fe（CO）₅ 中Fe 元素的原子核外电子排布
为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，Ni（CO）₄ 是无色液体，沸点42.1℃，熔点-19.3℃，难溶于水，易溶于有机溶剂推测Ni（CO）₄ 是分子晶体．
（5）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个C 原子连接3个六元环，每个六元环占有2个C 原子．
②在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个C 原子连接12个六元环，六元环中最
多有4个C 原子在同一平面．

Answer 1

分析 （1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形象化描述；
（2）共价键为原子之间以共用电子对成键，碳的非金属性较弱，但半径较小，反应中难以失去或得到电子；
（3）单键为σ键，双键和三键中均含σ键、π键；结合σ键和孤对电子数判断价层电子对数，以此判断杂化类型；
（4）根据铁元素的质子数可知电子数为26，核外各电子层电子数为2、8、14、2，分子晶体的熔沸点较低；
（5）①石墨晶体中最小的环为六元环，每个碳原子连接3个C-C化学健，每个C-C化学健被2个碳原子共用；
②在金刚石的晶体结构中每个碳原子与周围的4个碳原子形成四个碳碳单键，这5个碳原子形成的是正四面体结构，键角为109⁰28，最小的环为6元环．

解答 解：（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用电子云形象化描述，离核近的区域电子云密度较大，离核远的区域电子云密度较小，
故答案为：电子云；
（2）共价键为原子之间以共用电子对成键，碳原子核外有4个电子，且元素的非金属性较弱，但半径较小，反应中难以失去或得到电子，
故答案为：C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定结构；
（3）乙炔的结构式为H-C≡C-H，C₂H₂中存在C≡C，则既有σ键又有π键，分子中C原子形成2个σ键，孤对电子数为$\frac{4-2×2}{2}$=0，则为sp杂化，为直线形结构；CO₂分子中价层电子对=σ 键电子对+中心原子上的孤电子对=2+$\frac{1}{2}$（4-2×2）=2，所以二氧化碳是直线型结构，二氧化碳属于无机物，
故答案为：σ键、π键；sp；CO₂；
（4）铁元素的质子数为26，核外各电子层电子数为2、8、14、2，其原子基态时的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，分子晶体的熔沸点较低，四羰基镍熔点-19.3℃，沸点42.1℃，所以该物质为分子晶体，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；分子；
（5）①石墨晶体中最小的环为六元环，每个碳原子连接3个C-C化学健，则每个C原子连接 3个六元环，每个六元环占有的C原子数为6×$\frac{1}{3}$=2，
故答案为：3；2；
②在金刚石的晶体结构中每个碳原子与周围的4个碳原子形成四个碳碳单键，最小的环为6元环，每个单键为3个环共有，则每个C原子连接4×3=12个六元环，晶胞中共平面的原子如图，共4个，
故答案为：12；4．

点评 本题主要考查物质结构和性质，侧重考查学生空间想象能力、知识运用能力，涉及原子核外电子排布、晶胞计算等知识点，综合性较强，采用均摊法、价层电子对互斥理论等理论分析解答，题目难度中等．