Question

【題目】研究含碳化合物的結構與性質，對生產、科研等具有重要意義

(1)冠醚是由多個二元醇分子之間失水形成的環狀化合物。X、Y、Z是常見的三種冠醚，其結構如圖所示。它們能與堿金屬離子作用，并且隨著環的大小不同而與不同金屬離子作用。

①Li+計與X的空腔大小相近，恰好能進入到X的環內，且Li+與氧原子的一對孤電子對作用形成穩定結構W(如圖)。

a.基態鋰離子核外能量最高的電子所處能層符號為___________；

b.W中Li+與孤對電子之間的作用屬于___________(選填字母標號)

A.離子鍵 B.共價鍵 C.配位鍵 D.氫鍵 E.以上都不是

②冠醚Y能與K+形成穩定結構，但不能與Li+計形成穩定結構。理由是___________。

③烯烴難溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果較差。若烯烴中溶人冠醚Z，氧化效果明顯提升。

i.水分子中氧的雜化軌道的空間構型是___________，H－O鍵鍵角___________(填“＞”“＜”或“=”)109°28′

ii.已知：冠醚Z與KMnO4可以發生右圖所示的變化。加入冠醚Z后，烯烴的氧化效果明顯提升的原因是___________。

(2)甲烷是重要的清潔能源，其晶體結構如圖所示，晶胞參數為anm。

①常溫常壓下不存在甲烷晶體。從微粒間相互作用的角度解釋，其理由是___________；

②甲烷分子的配位數為___________；

③A分子中碳原子的坐標參數為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標參數為___________。

④甲烷晶體的密度為___________(g·cm－3)。

Answer 1

【答案】K C Li+半徑比Y的空腔小得多，不易與空腔內氧原子的孤電子對作用形成穩定結構 正四面體 小于 冠醚可溶于烯烴，進入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機會，提升氧化效果。 甲烷是分子晶體，分子間作用力很小，熔沸點遠低于常溫。 12 （-0.5a,0.5a,a） 64×1021/(a NA)

【解析】

①a.基態鋰離子核外電子排布為1S2，所以核外能量最高的電子所處能層符號為K；

b.因為共用電子對由氧原子提供，與鋰離子共用，所以屬于配位鍵；

②根據Li+的半徑比K+的半徑小來回答；

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz 4個原子軌道通過sp3雜化形成4個雜化軌道，所以水分子中氧的雜化軌道的空間構型為正四面體構型；但在其中有2對未共用的電子對（稱之為孤電子對）占據在兩個sp3雜化軌道中。孤電子對所占用的雜化軌道電子云比較密集，對成鍵電子對所占的雜化軌道起了推斥和壓縮的作用，以致兩個O-H鍵間夾角被壓縮成了104°45′，而不再是正四面體雜化的109°28′；

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烴，進入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機會，提升氧化效果。

(2)①甲烷屬于分子晶體，微粒間存在分子間作用力進行分析；

②根據晶胞可以看出，甲烷的晶胞結構為面心立方，所以甲烷的配位數為12；

③A分子中碳原子的坐標參數為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標參數為（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的質量，再除以晶胞體積；

①a.基態鋰離子核外電子排布為1S2，所以核外能量最高的電子所處能層符號為K；

正確答案：K。

b.因為共用電子對由氧原子提供，與鋰離子共用，所以屬于配位鍵；

正確答案：C。

②根據Li+的半徑比K+的半徑小來回答；

正確答案：Li+半徑比Y的空腔小得多，不易與空腔內氧原子的孤電子對作用形成穩定結構。

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz4個原子軌道通過sp3雜化形成4個雜化軌道，所以水分子中氧的雜化軌道的空間構型為正四面體構型；但在其中有2對未共用的電子對（稱之為孤電子對）占據在兩個sp3雜化軌道中。孤電子對所占用的雜化軌道電子云比較密集，對成鍵電子對所占的雜化軌道起了排斥和壓縮的作用，以致兩個O-H鍵間夾角被壓縮成了104°45′，而不再是正四面體構型中的109°28′。

正確答案：正四面體 ＜

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烴，進入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機會，提升氧化效果。

正確答案：冠醚可溶于烯烴，進入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機會，提升氧化效果。

(2)①甲烷屬于分子晶體，微粒間是分子間作用力進行分析；

正確答案：甲烷是分子晶體，分子間作用力很小，熔沸點遠低于常溫。

②根據晶胞可以看出，甲烷的晶胞結構為面心立方，所以甲烷的配位數為12；

正確答案：12

③A分子中碳原子的坐標參數為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標參數為（-0.5a,0.5a,a）

正確答案：（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的質量，再除以晶胞體積；

（1）晶胞中含有甲烷分子數為8×1/8+6×1/2=4個，質量為m（CH4）==64/NAg；（2）晶胞體積V=（a×10-7cm）3=a3×10-21cm3 。根據（1）（2）得到密度= m（CH4）/V=(64/NAg)/（a3×10-21cm3）=64×1021/(a3NA);

正確答案：64×1021/(a3NA)。