Question

20．碳元素在自然界中分布很廣，在地殼中其豐富程度位列第14位，遠低于氧、硅、鋁、鐵等元素．但是，碳卻是存在形式最復雜的元素，如煤、石油、天然氣、動植物體、石灰石、白云石、二氧化碳等．請回答下列問題：
（1）基態(tài)碳原子的電子排布式為1s²2s²2p²．
（2）在CO₂分子中，碳原子采用sp雜化軌道與氧原子成鍵．
（3）COCl₂俗稱光氣，分子中C原子采取sp²雜化成鍵，應用價層電子對互斥理論，預測COCl₂分子的空間構型為平面三角形．
（4）二茂鐵（C₅H₅）₂Fe是Fe²⁺與環(huán)戊二烯基形成的一類配合物，實驗室測定鐵的含量：可用配位劑鄰二氮菲（），它能與Fe²⁺形成紅色配合物（如圖1），該配離子中Fe²⁺與氮原子形成配位鍵共有6個．

（5）普魯士藍可用作染料，它的結構如圖2所示．普魯士藍中，n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6．
（6）CaC₂晶體的晶胞結構與NaCl晶體相似，但CaC₂晶體中啞鈴C₂^2-的存在，使晶胞沿一個方向拉長（如圖3）．CaC₂中C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，O₂²⁺的電子式可表示．已知CaC₂晶體密度為ag•cm^-3，N_A表示阿伏加德羅常數(shù)，則CaC₂晶胞體積為$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)C原子核外有6個電子，根據(jù)構造原理書寫其基態(tài)原子核外電子排布式；
（2）CO₂分子結構式為O=C=O，碳原子雜化軌道數(shù)目為2；
（3）C原子價層電子對數(shù)是3且不含孤電子對，據(jù)此判斷其空間構型；
（4）N原子含有1對孤對電子，與Fe²⁺形成配位鍵；
（5）利用均攤法計算結構中Fe³⁺、Fe²⁺、CN^-數(shù)目，結合電荷守恒計算K⁺數(shù)目；
（6）C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，與N₂也互為等電子體，等電子體結構相似，O₂²⁺中O原子之間形成3對共用電子對；
利用均攤法計算出晶胞中Ca²⁺、C₂^2-數(shù)目，表示出晶胞質量，再根據(jù)V=$\frac{m}{ρ}$計算．

解答 解：（1）基態(tài)C原子核外有6個電子，根據(jù)構造原理知C元素基態(tài)原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，
故答案為：1s²2s²2p²；
（2）CO₂分子結構式為O=C=O，碳原子雜化軌道數(shù)目為2，所以C原子采用sp雜化，
故答案為：sp；
（3）COCl₂分子中C原子采取sp²雜化成鍵，C原子價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，所以其空間構型為平面三角形，
故答案為：平面三角形；
（4）N原子含有1對孤對電子，與Fe²⁺形成配位鍵，由圖1可知，該配離子中Fe²⁺與氮原子形成配位鍵共有6個，
故答案為：6；
（5）結構中Fe³⁺離子的個數(shù)為：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，F(xiàn)e²⁺離子的個數(shù)為：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$，CN^-離子的個數(shù)為：12×$\frac{1}{4}$=3，
根據(jù)電荷守恒：N（K⁺）+N（Fe³⁺）×3+N（Fe²⁺）×2=N（CN^-），得N（K⁺）=$\frac{1}{2}$，
普魯士藍中 n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6，
故答案為：1：1：1：6；
（6）C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，與N₂也互為等電子體，等電子體結構相似，O₂²⁺中O原子之間形成3對共用電子對，O₂²⁺的電子式為；CaC₂晶胞含有Ca²⁺數(shù)目為12×$\frac{1}{4}$+1=4，含有C₂^2-的數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則每個晶胞的質量為$\frac{4×64}{{N}_{A}}$g，晶胞的體積為
V=$\frac{\frac{4×64}{{N}_{A}}g}{{ag•cm}^{-3}}$=$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³；
故答案為：；$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、核外電子排布式的書寫、微�？臻g構型判斷、等電子體等知識點，掌握均攤法進行晶胞有關計算，題目難度中等．