Question

【題目】碳是地球上組成生命的最基本的元素之一。按要求回答：

碳原子核外有________種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子

碳元素能形成多種無(wú)機(jī)物。石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體如圖，其結(jié)構(gòu)為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與鉀最近等距的配位碳原子有_________個(gè)。

碳也可形成多種有機(jī)化合物，下圖所示是一種嘌呤和一種吡啶的結(jié)構(gòu)，兩種分子中所有原子都在一個(gè)平面上。吡啶分子中含有鍵數(shù)目是__________。

嘌呤結(jié)構(gòu)中N原子的雜化方式為________。

嘌呤中軌道之間的夾角比大，解釋原因___________。

將立方金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代可形成碳的一種新型三維立方晶體結(jié)構(gòu)碳。已知碳密度為，阿伏加德羅常數(shù)為，則碳的晶胞參數(shù)________寫(xiě)出表達(dá)式即可。

Answer 1

【答案】4 12 孤電子對(duì)與成鍵電子對(duì)之間的斥力大于成鍵電子對(duì)之間的斥力，斥力大，鍵角大

【解析】

(1)核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由能層、能級(jí)、原子軌道決定；

(2)每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與K原子距離等距的C原子上層有6個(gè)、下層有6個(gè)；

(3)單鍵為σ鍵、雙鍵中含有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵；

(4)分子中所有原子都在一個(gè)平面上，則嘌呤結(jié)構(gòu)中N原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3；

(5)孤電子對(duì)和成鍵電子對(duì)之間的排斥力大于成鍵電子對(duì)之間的排斥力；

(6)均攤法計(jì)算金剛石晶胞中碳原子數(shù)目，將金剛石晶胞每個(gè)C原子換成由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元可得T-碳晶胞，計(jì)算T-碳晶胞碳原子數(shù)目，再計(jì)算晶胞質(zhì)量，結(jié)合晶胞質(zhì)量=晶體密度×晶胞體積計(jì)算晶胞參數(shù)。

(1)碳原子核外電子排布式為1s22s22p2，核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由能層、能級(jí)、原子軌道決定，1s軌道、2s軌道、2p有2個(gè)軌道，核外有4種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；

(2)石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K(如圖)，其結(jié)構(gòu)為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與K原子距離等距的C原子上層有6個(gè)、下層有6個(gè)，所以有12個(gè)；

(3)單鍵為σ鍵、雙鍵中含有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，環(huán)上的C原子總共還形成4個(gè)C-H鍵，故1mol吡啶分子中含有σ鍵數(shù)目10NA；

(4)分子中所有原子都在一個(gè)平面上，則嘌呤結(jié)構(gòu)中N原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是3，N原子雜化類(lèi)型為sp2；

(5)孤電子對(duì)和成鍵電子對(duì)之間的排斥力大于成鍵電子對(duì)之間的排斥力，斥力越大鍵角大，故嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大；

(6)一個(gè)金剛石晶胞中，含有C的數(shù)目為8×+4=8，將每個(gè)C原子換成由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元，則T-碳晶胞中含有碳原子數(shù)目為8×4=32個(gè)，則晶胞質(zhì)量=32×g，1個(gè)晶胞的體積為V=a3pm3=(a×10-10)3cm3，所以晶胞質(zhì)量=32×g=(a×10-10)3cm3×ρg/cm3，解得a=×1010。