Question

【題目】碳是地球上組成生命的最基本的元素之一。按要求回答：

（1）碳原子核外有________種不同空間運動狀態的電子，第一電離能介于B和C之間的元素的名稱為_________。

（2）碳元素能形成多種無機物。

①CO32-的立體構型是_______________。

②MgCO3分解溫度比CaCO3低的原因是_________________________。

③石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K（如圖），其結構為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與鉀最近等距的配位碳原子有_________個。

（3）碳也可形成多種有機化合物，下圖所示是一種嘌呤和一種吡啶的結構，兩種分子中所有原子都在一個平面上。

①1 mol 吡啶分子中含有σ鍵數目是__________。

②嘌呤結構中N原子的雜化方式為________。

③嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大，解釋原因________________________________。

（4）將立方金剛石中的每個碳原子用一個由4個碳原子組成的正四面體結構單元取代可形成碳的一種新型三維立方晶體結構——T-碳。已知T-碳密度為ρ g/cm，阿伏加德羅常數為NA，則T-碳的晶胞參數a=________ pm (寫出表達式即可)。

Answer 1

【答案】4 鈹 平面三角形 氧化鎂晶格能比氧化鈣大，使得鎂離子比鈣離子更容易結合碳酸根中的氧離子 12 10NA sp2 孤電子對與鍵合電子對之間的斥力大于鍵合電子對之間的斥力，斥力大，鍵角大 ×1010

【解析】

(1)碳原子核外有6個電子，電子排布式為1s22s22p2，據此判斷不同空間運動狀態的電子數目；同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，ⅡA族、VA族第一電離能高于相鄰元素，據此結合元素周期表分析解答；

(2)①CO32-中C的價層電子對數=3+=3，據此分析判斷；

②根據金屬陽離子結合氧離子的能力大小分析解答；

③根據石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K的結構圖，2層碳原子中插入一層鉀原子，與鉀最近等距的碳原子有上下2層中對應的2個六邊形，據此判斷；

(3)①1個單鍵為1個σ鍵，1個雙鍵為1個σ鍵和1個π鍵，根據吡啶()的結構分析判斷；

②嘌呤分子為平面結構，N形成3根共價鍵，根據雜化軌道理論分析判斷；

③孤電子對與鍵合電子對之間的斥力＞鍵合電子對與鍵合電子對之間的斥力，據此解答；

(4)根據圖示計算一個T-碳晶胞中含有的碳原子數，從而計算1molT-碳晶胞的質量，結合T-碳的密度計算T-碳的晶胞參數a。

(1)碳原子核外有6個電子，電子排布式為1s22s22p2，其中2p上的3個原子軌道互相垂直，一共有4種不同空間運動狀態的電子；同周期主族元素隨原子序數增大第一電離能呈增大趨勢，第ⅡA族、VA族滿足全充滿或半充滿穩定狀態，第一電離能高于同周期相鄰元素的，第二周期中，第一電離能介于B元素和C元素間的元素是Be，名稱為鈹，故答案為：4；鈹；

(2)①CO32-中C的價層電子對數=3+=3，采用sp2雜化，立體構型為平面三角形，故答案為：平面三角形；

②在離子晶體中，離子半徑越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金屬碳酸鹽中，陽離子半徑越小對氧的吸引力越大，就越容易導致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族中，隨著原子序數的增加，原子半徑增大，碳酸鹽的分解溫度也增大，所以MgCO3分解溫度比CaCO3低，故答案為：氧化鎂晶格能比氧化鈣大，使得鎂離子比鈣離子更容易結合碳酸根中的氧離子；

③根據石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K的結構圖，與鉀最近等距的配位碳原子有上下2層中對應的2個六邊形上的12個碳原子，故答案為：12；

(3)①1個單鍵為1個σ鍵，1個雙鍵為1個σ鍵和1個π鍵，1 mol 吡啶()分子中含有σ鍵數目是10NA，故答案為：10NA；

②嘌呤分子為平面結構，N形成3根共價鍵，根據雜化軌道理論，則N原子的雜化方式為sp2雜化，故答案為：sp2；

③根據VSEPR理論，孤電子對對鍵合電子對之間的斥力大于鍵合電子對對鍵合電子對之間的斥力，導致鍵合電子對與鍵合電子對之間的夾角減小，因此嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大，故答案為：孤電子對與鍵合電子對之間的斥力大于鍵合電子對之間的斥力，斥力大，鍵角大；

(4)一個金剛石晶胞中，含有C的數目為8×+6×+4=8，將每個C原子換成四面體結構的C，則T-碳晶胞中含有碳原子數目為8×4個，取1mol這樣的晶胞，則有NA個這樣的晶胞，則1molT-碳晶胞的質量為m=12×8×4g，T-碳密度為ρ g/ cm3，則1個晶胞的體積為= cm3，則T-碳的晶胞參數a= cm =×1010pm，故答案為：×1010。