Question

8．碳及其化合物與人類關(guān)系密切
（1）碳原子的價層電子排布圖為，C、N、O三元素的第一電離能由大到小的順序為N＞O＞C，在丙烯分子中碳原子的雜化方式為sp²、sp³．
（2）固體CO₂俗稱干冰，干冰可用于人工降雨的原因是干冰沸點(diǎn)低，揮發(fā)時吸收熱量使水蒸氣凝結(jié)為液體而降落，干冰晶體內(nèi)存在的粒子間作用力有范德華力和共價鍵，其中一個分子周圍緊鄰的分子有12個．干冰為面心立方晶體，若其晶胞邊長為apm，列式表示該晶體的密度$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$ g•cm^-3（只列出表達(dá)式，不必化簡）．
（3）金剛石的晶胞如下圖（均為同種原子），碳原子的配位數(shù)是4，碳原子與碳碳鍵個數(shù)比為1：2，碳原子空間利用率為34%．（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字．$\sqrt{2}$=1.41   $\sqrt{3}$=1.73）

Answer 1

分析 （1）C原子2s、2p電子為其價電子，2s能級上含有2個電子、2p能級上含有2個電子；
同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素；
根據(jù)價層電子對互斥理論確定原子雜化類型；
（2）干冰升華時吸收熱量導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)；
多原子分子晶體中分子間存在范德華力、分子內(nèi)存在共價鍵；
每個二氧化碳分子周圍緊鄰的分子個數(shù)=3×8×$\frac{1}{2}$；
晶胞體積=（a×10^-7）³cm³，該晶胞中二氧化碳分子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，該晶體密度=$\frac{m}{V}$；
（3）碳原子配位數(shù)是4，根據(jù)均攤法確定碳原子和共價鍵個數(shù)之比；
該晶胞中C原子個數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設(shè)C原子半徑為xcm，該晶胞中碳原子總體積=8×$\frac{4}{3}$πx³cm³，根據(jù)硬球接觸模型可知，體對角線四分之一處的原子與頂點(diǎn)上的原子緊貼，設(shè)晶胞邊長為a，所以$\frac{1}{4}$×（$\sqrt{3}$a）=2x，a=$\frac{8}{\sqrt{3}}x$cm，晶胞體積=（$\frac{8}{\sqrt{3}}x$）³cm³，據(jù)此計算空間利用率．

解答 解：（1）C原子2s、2p電子為其價電子，2s能級上含有2個電子、2p能級上含有2個電子，其價電子排布圖為；
同一周期元素，元素第一電離能隨著原子序數(shù)增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于其相鄰元素，所以第一電離能大小順序是N＞O＞C；
丙烯中碳碳雙鍵兩端碳原子價層電子對個數(shù)是3，則其雜化方式為sp²，甲基上碳原子價層電子對個數(shù)是4，則其雜化方式為sp³；
故答案為：； N＞O＞C；sp²、sp³；      
（2）干冰沸點(diǎn)低，揮發(fā)時吸收熱量使水蒸氣凝結(jié)為液體而降落，所以干冰能用于人工降雨；
干冰屬于分子晶體，分子間存在范德華力、分子內(nèi)存在共價鍵；
每個二氧化碳分子周圍緊鄰的分子個數(shù)=3×8×$\frac{1}{2}$=12；
晶胞體積=（a×10^-10）³cm³，該晶胞中二氧化碳分子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，該晶體密度=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{44}{{N}_{A}}×4}{（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3=$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3；
故答案為：干冰沸點(diǎn)低，揮發(fā)時吸收熱量使水蒸氣凝結(jié)為液體而降落；共價鍵、范德華力；12；$\frac{176}{{N}_{A}×（a×1{0}^{-10}）^{3}}$；
（3）根據(jù)圖知，C原子配位數(shù)是4；每個碳原子連接共價鍵個數(shù)=$\frac{1}{2}$×4=2，所以碳原子個數(shù)和共價鍵個數(shù)之比為1：2；
該晶胞中C原子個數(shù)=4+8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=8，設(shè)C原子半徑為xcm，該晶胞中碳原子總體積=8×$\frac{4}{3}$πx³cm³，根據(jù)硬球接觸模型可知，體對角線四分之一處的原子與頂點(diǎn)上的原子緊貼，設(shè)晶胞邊長為a，所以$\frac{1}{4}$×（$\sqrt{3}$a）=2x，a=$\frac{8}{\sqrt{3}}x$cm，晶胞體積=（$\frac{8}{\sqrt{3}}x$）³cm³，空間利用率=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}c{m}^{3}}{（\frac{8}{\sqrt{3}}x）^{3}c{m}^{3}}$×100%=34%，
故答案為：4；1：2；34%．

點(diǎn)評 本題考查晶胞計算、原子雜化方式判斷等知識點(diǎn)，側(cè)重考查分析計算及空間想象能力，難點(diǎn)是配位數(shù)及密度計算，注意金剛石晶胞中哪些原子緊貼在一起，為易錯點(diǎn)．