Question

【題目】碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）基態(tài)碳原子核外電子有__種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其價(jià)電子排布圖為__．

（2）光氣的分子式為COCl2，又稱碳酰氯，是一種重要的含碳化合物，判斷其分子立體構(gòu)型為__，其碳原子雜化軌道類型為_____雜化．

（3）碳酸鹽在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解，實(shí)驗(yàn)證明碳酸鹽的陽(yáng)離子不同，分解溫度不同，如下表所示：

碳酸鹽	MgCO3	CaCO3	BaCO3	SrCO3
熱分解溫度/℃	402	900	1172	1360
陽(yáng)離子半徑/pm	66	99	112	135

試解釋為什么隨著陽(yáng)離子半徑的增大，碳酸鹽的分解溫度逐步升高？。 ______________

（4）碳的一種同素異形體﹣﹣C60，又名足球烯，是一種高度對(duì)稱的球碳分子．立方烷（分子式：C8H8結(jié)構(gòu)是立方體：是比C60約早20年合成出的一種對(duì)稱型烴類分子，而現(xiàn)如今已合成出一種立方烷與C60的復(fù)合型分子晶體，該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間八面體空隙中．則該復(fù)合型分子晶體的組成用二者的分子式可表示為__。

（5）碳的另一種同素異形體——石墨，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，則石墨晶胞含碳原子個(gè)數(shù)為__個(gè)．已知石墨的密度為ρg·cm﹣3，C﹣C鍵長(zhǎng)為rcm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，計(jì)算石墨晶體的層間距為__cm．

（6）金剛石和石墨的物理性質(zhì)差異很大，其中：熔點(diǎn)較高的是___________，試從結(jié)構(gòu)分析___________；硬度大的是___________，其結(jié)構(gòu)原因是___________。

Answer 1

【答案】 6 平面三角形 sp2 碳酸鹽分解實(shí)際過(guò)程是晶體中陽(yáng)離子結(jié)合碳酸根離子中氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過(guò)程，陽(yáng)離子所帶電荷相同時(shí)，陽(yáng)離子半徑越小，金屬氧化物的晶格能越大，對(duì)應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解 C8H8·C60 4 石墨 石墨為混合型晶體，金剛石為原子晶體，二者熔點(diǎn)均取決于碳碳共價(jià)鍵，前者鍵長(zhǎng)短，則熔點(diǎn)高 金剛石 石墨硬度取決于分子間作用力，而金剛石取決于碳碳共價(jià)鍵

【解析】（1）碳原子核外有6個(gè)電子，原子核外沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的電子，因此有6種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，碳原子價(jià)電子排布式為2s22p2，根據(jù)泡利原理與洪特規(guī)，價(jià)電子排布圖為；（2）光氣的分子式為COCl2，其分子中C原子形成3個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，空間結(jié)構(gòu)為平面三角形，雜化軌道數(shù)目為3，C原子采取sp2雜化；（3）碳酸鹽分解實(shí)際過(guò)程是晶體中陽(yáng)離子結(jié)合碳酸根離子中氧離子，使碳酸根離子分解為二氧化碳的過(guò)程，陽(yáng)離子所帶電荷相同時(shí)，陽(yáng)離子半徑越小，金屬氧化物的晶格能越大，對(duì)應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解，因此隨著陽(yáng)離子半徑的增大，碳酸鹽的分解溫度逐步升高；（4）晶胞中C60數(shù)目為8×1/8+6×1/2=4，立方烷分子填充在原C60晶體的分子間空隙中，晶胞中立方烷數(shù)目為4，則化學(xué)式為C8H8·C60。（5）由圖可知石墨的晶胞結(jié)構(gòu)為，設(shè)晶胞的底邊長(zhǎng)為acm，晶胞的高為h cm，層間距為d cm，則h=2d，底面圖為，則a/2=r×sin60°，可得a=，則底面面積為（）2×Sin60°，晶胞中C原子數(shù)目為1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4，晶胞質(zhì)量為4×12/NAg，則：ρg·cm-3=(4×12/NA)g÷[（）2×Sin60°×2d]cm3，整理可得cm。（6）石墨為混合型晶體，金剛石為原子晶體，二者熔點(diǎn)均取決于碳碳共價(jià)鍵，前者鍵長(zhǎng)短，則熔點(diǎn)高。石墨硬度取決于分子間作用力，而金剛石取決于碳碳共價(jià)鍵，所以硬度大的是金剛石。