Question

【題目】碳元素在無機物和有機物中均充當了重要的角色，請回答下列問題：

（1）基態(tài)碳原子的價層電子排布圖（軌道表達式）為__，其電子占據(jù)的能量最高的原子軌道的形狀為__；C、N、O三種元素第一電離能最大的是__。

（2）有機物中碳原子的軌道雜化類型為__，分子中兩種碳碳單鍵長的大小關系為①__②（填“>”、“<”或“=”）。

（3）和均可以形成氫鍵，則沸點較高的是__，原因是__。

（4）石墨的結構及晶胞如圖一所示，則石墨的密度為__g·cm-3（用含a、d、NA的表達式表示）。A的原子坐標為（、、0），則B的原子坐標為__。

（5）石墨能與熔融的金屬K作用，形成一種青銅色的化合物CxK，如圖二所示，則x=__。

Answer 1

【答案】 啞鈴形 N sp2、sp3 > 形成的為分子內(nèi)氫鍵，而形成的為分子間氫鍵 (、、) 8

【解析】

根據(jù)碳原子的價電子排布式寫出排布圖，判斷電子占據(jù)的能量最高的原子軌道的形狀；利用電離能的變化規(guī)律判斷C、N、O三種元素第一電離能的相對大小；結合碳原子的價層電子對數(shù)目確定雜化軌道方式；分子間氫鍵強于分子內(nèi)氫鍵；結合晶胞結構，采用均攤法確定晶胞的化學式。

(1)基態(tài)碳原子的價層電子排布式為2s22p2，則層電子排布圖為，電子占據(jù)的能量最高的原子軌道為2p，其形狀為啞鈴形；C、N、O三種元素為同周期主族元素，第一電離能隨核電荷數(shù)遞增呈增大趨勢，但N原子的2p軌道為半充滿結構，相對穩(wěn)定，不易失電子，其第一電離能大于O原子，則C、N、O三種元素第一電離能最大的是N；

(2)有機物中甲基碳原子價層電子對數(shù)為4，則為sp3雜化，而碳碳雙鍵上碳原子，價層電子對數(shù)目為3，無孤對電子，則為sp2雜化；碳碳單鍵②介于兩個碳雙鍵間，易形成共軛大π鍵，則碳碳單鍵①的鍵長大于碳碳單鍵②的鍵長；

(3)主要形成分子內(nèi)氫鍵，而主要形成分子間氫鍵，其中分子間氫鍵的作用力明顯大于分子間氫鍵，則的沸點比高；

(4)石墨晶胞底邊長為acm，則底面積為acm×acm×sin60°，層間距為dcm，晶胞高為d cm，則晶胞體積= acm×acm×sin60°×2dcm，晶胞中碳原子數(shù)目=1+8×+4×+2×=4，晶胞質(zhì)量=g，密度==g/cm3；x軸、y軸的角平分線與z軸構成的平面將晶胞平分為2個三棱柱，B位于三棱柱的中心，B、C距離等于晶胞底面菱形長對角線長度的， A位于三棱柱底面的中心，則由A的原子坐標為(、、0)可知，則B的原子坐標為(、、)；

(5)石墨能與熔融的金屬K作用，形成一種青銅色的化合物CxK，由圖二可知，正六邊形中K原子數(shù)目為6+1=3，碳原子位于正六邊形的內(nèi)部，共有24個，則x==8。