Question

【題目】石墨是一種混合型晶體，具有多種晶體結構其一種晶胞的結構如圖所示。回答下列問題：

(1)基態碳原子的軌道表示式為___________；

(2)碳、氮、氧三種元素的第一電離能由大到小的順序為___________；

(3)CH3－是有機反應中重要的中間體，其空間構型為___________；

(4)石墨晶體中碳原子的雜化形式為___________晶體中微粒間的作用力有___________(填標號)，石墨熔點高于金剛石是因為存在___________(填標號)；

A．離子鍵 B．共價鍵 C．π鍵 D．氫鍵 E范德華力

(5)該晶胞中的碳原子有___________種原子坐標；若該晶胞底面邊長為apm，高為cpm，則石墨晶體中碳碳鍵的鍵長為___________pm，密度為___________g·cm－3(設阿伏加德羅常數的值為NA)。

Answer 1

【答案】 N>O>C 三角錐形 sp2 BCE C 4

【解析】

綜合考查物質結構與性質知識，按構造原理寫軌道表示式，按元素周期律比較第一電離能，用價層電子對互斥理論判斷離子構型，由石墨結構反推碳原子雜化類型，由晶胞結構計算共價鍵鍵長和密度。

(1)據構造原理，基態碳原子的軌道表示式為；

(2)據元素周期律，碳、氮、氧元素的第一電離能由大到小的順序為N>O>C；

(3)CH3－中心原子碳的價層電子對數為(4+1×3+1)÷2=4，為sp3雜化，三個雜化軌道填充共用電子對，一個雜化軌道被孤電子對占據，故離子空間構型為三角錐形。

(4)石墨晶體為平面層狀結構，層內每個碳原子與周圍三個碳原子形成共價鍵，鍵角120，則碳原子為sp2雜化。層內相鄰碳原子間共價鍵結合，未雜化的p軌道形成大π鍵，層間為范德華力結合，故選BCE。金剛石中碳原子間以單鍵結合，而石墨中碳原子間還有大π鍵，使其鍵能增大，故石墨熔點高于金剛石。

(5)每個石墨晶胞有碳原子8×+4×+2×+1=4個，則有4種原子坐標；

晶胞底面圖，設碳碳鍵的鍵長為x，則x2=(x/2)2+(a/2)2，解得x=；

晶胞底面的高==，一個晶胞體積=(a×10-10)×(×10-10)×(c×10-10)cm3，

一個晶胞質量=g，故石墨晶體密度為g·cm－3。