Question

【題目】碳及其化合物在研究和生產中有許多重要用途．請回答下列問題：

（1）基態碳原子核外電子有__種空間運動狀態，其價電子排布圖為__．

（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發生分解，實驗證明碳酸鹽的陽離子不同，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
陽離子半徑/pm	66	99	112	135

試解釋為什么隨著陽離子半徑的增大，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，是一種高度對稱的球碳分子．立方烷（分子式：C8H8結構是立方體：是比C60約早20年合成出的一種對稱型烴類分子，而現如今已合成出一種立方烷與C60的復合型分子晶體，該晶體的晶胞結構如圖所示，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，其晶體結構如圖所示，則石墨晶胞含碳原子個數為__個．已知石墨的密度為ρg·cm﹣3，C﹣C鍵長為rcm，阿伏加德羅常數的值為NA，計算石墨晶體的層間距為__cm．

（6）金剛石和石墨的物理性質差異很大，其中：熔點較高的是___________，試從結構分析___________；硬度大的是___________，其結構原因是___________。

Answer 1

【答案】 6 平面三角形 sp2 碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結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程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，金屬氧化物的晶格能越大，對應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，二者熔點均取決于碳碳共價鍵，前者鍵長短，則熔點高 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鍵

【解析】（1）碳原子核外有6個電子，原子核外沒有運動狀態相同的電子，因此有6種運動狀態不同的電子，碳原子價電子排布式為2s22p2，根據泡利原理與洪特規，價電子排布圖為；（2）光氣的分子式為COCl2，其分子中C原子形成3個σ鍵，沒有孤對電子，空間結構為平面三角形，雜化軌道數目為3，C原子采取sp2雜化；（3）碳酸鹽分解實際過程是晶體中陽離子結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程，陽離子所帶電荷相同時，陽離子半徑越小，金屬氧化物的晶格能越大，對應的碳酸鹽就越容易分解，因此隨著陽離子半徑的增大，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，晶胞中立方烷數目為4，則化學式為C8H8·C60。（5）由圖可知石墨的晶胞結構為，設晶胞的底邊長為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原子數目為1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4，晶胞質量為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，二者熔點均取決于碳碳共價鍵，前者鍵長短，則熔點高。石墨硬度取決于分子間作用力，而金剛石取決于碳碳共價鍵，所以硬度大的是金剛石。