Question

【題目】[化學—選修3：物質結構與性質]

已知X和Y均為短周期元素，其原子的第一至第五電離能如下表所示：

電離能（kJ/mol）	I1	I2	I3	I4	I5
X	801	2427	3660	25026	32827
Y	577.5	1816.7	2744.8	11577	14842

根據上述信息：

①X和氯元素形成的簡單分子的空間構型為 。

②Y的基態原子的核外電子排布式為 ，若Y和氯元素形成的分子的相對分子質量為267，請在下列方框中寫出該分子的結構式（若存在配位鍵，用“→”表示）

（2）碳元素可以形成多種單質及化合物：

①C60的結構如圖1。C60中的碳原子的雜化軌道類型是 ；

解釋：②金剛石中的C-C的鍵長大于C60中C-C的鍵長的原因是 ；

③金剛石的熔點高于C60的原因是 ；

（3）如圖2是鉀的石墨插層化合物的晶胞圖（圖中大球表示K原子，小球表示C原子），如圖3是晶胞沿右側方向的投影．

①該化合物的化學式是 ；

②K層與C層之間的作用力是 ；

③K層中K原子之間的最近距離是C-C鍵的鍵長dC-C的 倍

（4）SiC的晶胞與金剛石的晶胞相似，設碳原子的直徑為a cm，硅原子的直徑為b cm，則晶胞的邊長為 cm（用含a、b的式子表示）。

Answer 1

【答案】（1）① 平面正三角形。② 1s22s22p63s3，

（2）① sp2雜化；② 金剛石中的C—C鍵為單鍵，而C60中每個碳原子都以sp2的形式雜化，其2p軌道上還有一個單電子軌道垂直于sp2雜化軌道的平面，相互之間肩并肩重合形成π鍵，故金剛石中的C-C的鍵長大于C60中C-C的鍵長；③ C60是分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，融化時平破壞的是共價鍵。

（3）① C8K；② 離子鍵；③ 2；

（4） 。

【解析】

試題分析：

（1）X和Y均為短周期元素，其原子的第一至第五電離能，原子多于5個電子。又由于X、Y都是I4遠大于I3，說明最外層都是3個電子。X、Y元素的原子的I1，X大于Y的，故X是B，Y是Al。①X（B）和氯元素形成的簡單分子BCl3的中心原子B原子的價層電子無孤電子對，所以其空間構型為平面正三角形；② Y（Al）的基態原子的核外電子排布式為1s22s22p63s3，Y和氯元素形成的分子的相對分子質量為267，其分子是Al2Cl6，Al原子3p有3個單電子，與3個Cl原子形成共價鍵，還有1個空軌道，可以接收Cl原子提供的孤對電子形成配位鍵，故其結構式是。

（2）①C60中的每一個碳原子都與3個相鄰的碳原子以共價鍵相結合，故碳原子軌道以 sp2的形式雜化；

②金剛石中的C-C鍵為單鍵，而C60中的每個碳原子都以sp2的形式雜化，其2p軌道上還有一個單電子軌道垂直于sp2雜化軌道的平面，相互之間肩并肩重合形成π鍵，故金剛石中的C-C的鍵長大于C60中C-C的鍵長；

③C60是分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，熔化時破壞的是共價鍵。

（3）①根據均攤法：晶胞中的原子數目分別為K：4×（頂角）＋4×（面上）＋5（體心）=1+2+5=8，C：4×[8×（面上）＋12（體心）]=4×16=64。原子數目這比K：C=8：64=1：8，故該化合物的化學式是C8K；②K屬于活潑金屬元素，C為非金屬元素，二者之間的作用力為離子鍵；③設晶胞沿右側方向的投影的邊長是2a，寬為a，則K層中K原子之間的最近距離為a，正六邊形的內角為120℃，則4dC-C·cos30°=a，故a=2dC-C；

（4）碳化硅的晶胞與金剛石的晶胞相似（如圖），碳原子與硅原子最近距離為晶體體對角線的，若晶胞的邊長為lcm，則晶體體對角線為lcm=4×（+），故l=。