Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題:

(1)在基態(tài)C原子中，核外存在_______對自旋方向相反的電子。

(2)丙酮()分子中，中間碳原子的雜化方式為______；中鍵和π鍵的數目之比為__________________.

(3)寫出兩個與CO2具有相同空間構型的分子或離子：_____________

(4)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于_____晶體；Fe3+的核外電子排布式為__________________。

(5)已知第IIA族元素的碳酸鹽MCO3熱分解的主要過程為M2+結合碳酸根離子中的O2-，釋放出CO2。則CaCO3的分解溫度低于BaCO3的原因是_______________。分子中的大π鍵用符號表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數，n代表參與形成大π鍵的電子數(如苯分子中的大π鍵可表示為)，則CO32-中的大π鍵應表示為____________。

(6)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示：

①在石墨烯晶體中，一個六元環(huán)上的C原子數為__________________。

②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個C原子連接_____個六元環(huán)，六元環(huán)中最多有_______個C原子在同一平面。

Answer 1

【答案】2 sp2 7:1 CS2、SCN-等 分子 1s22s22p63s23p63d5 Ca2+的半徑小于Ba2+，更容易結合CO32-中O2-，因此CaCO3更容易分解 2 12 4

【解析】

(1)C原子的核外有6個電子，電子排布式為1s22s2p2，其中1s、2s上的2對電子的自旋方向相反，而2p軌道上的電子自旋方向相同，所以核外存在2對自旋方向相反的電子；

(2)丙酮分子中中間碳原子形成碳氧雙鍵，為sp2雜化；分子中每個碳氧雙鍵中各有一個π鍵，其他化學鍵均為鍵，共14個，所以鍵和π鍵的數目之比為7:1；

(3)O與S同主族，所以與CO2具有相同空間結構的分子為CS2；等電子體具有相同的空間結構，與CO2互為等電子的離子有SCN-；

(4)Fe(CO)5的熔點為253K，沸點為376K，熔沸點較低，所以為分子晶體；Fe為26號元素，根據電子排布規(guī)律可知基態(tài)Fe原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，失去外層3個電子后形成Fe3+，所以其核外電子排布為1s22s22p63s23p63d5；

(5)Ca2+的半徑小于Ba2+，更容易結合CO32-中O2-，因此CaCO3更容易分解；CO32-中心原子價層電子對數為，因此CO32-的空間構型為平面三角形，C原子、O原子有平行的p軌道，價電子總數為4+2+6×3=24，每個O原子有2對孤電子對未參與成鍵，所以單電子數=24-2×3-4×3=6，所以CO32-為4原子、6電子形成的大π鍵，表示為；

(6)①根據均攤法，石墨烯中每個C原子被3個六元環(huán)共有，則每個六元環(huán)占有的C原子數為=2；

②每個C原子周圍形成4個共價鍵，可以組合6個角，每個角延伸為兩個六元環(huán)，因此每個C原子連接有2×6= 12個六元環(huán)；根據幾何知識，六元環(huán)中最多有4個C原子共面，如圖所示。