Question

【題目】碳是地球上組成生命的最基本元素之一，與其他元素結(jié)合成不計(jì)其數(shù)的無機(jī)物和有機(jī)化合物，構(gòu)成了豐富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。回答下列問題：

(1)冠醚是由多個二元醇分子之間失水形成的環(huán)狀化合物。X、Y、Z是常見的三種冠醚，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它們能與堿金屬離子作用，并且隨著環(huán)的大小不同而與不同金屬離子作用。

①Li+與X的空腔大小相近，恰好能進(jìn)入到X的環(huán)內(nèi)，且與氧原子的一對孤電子對作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)W(如圖)。基態(tài)碳原子核外有___種運(yùn)動狀態(tài)不同的電子，其外圍電子軌道表示式為___。W中Li+與孤對電子之間的作用屬于___(填標(biāo)號)。

A.離子鍵 B.共價鍵 C.氫鍵 D.配位鍵 E.以上都不是

②冠醚Y能與K+形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但不能與Li+形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，理由是___。

③冠醚分子中氧的雜化軌道的空間構(gòu)型是___，C—O—C的鍵角___(填“＞”“＜”或“=”)109°28′。

(2)碳的一種同素異形體——石墨，其晶體結(jié)構(gòu)及晶胞如圖1、圖2所示。則石墨晶胞含碳原子個數(shù)為___個。已知石墨的密度為ρg·cm-3，C—C鍵鍵長為rcm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，計(jì)算石墨晶體的層間距d為___cm。

(3)碳的另一種同素異形體——金剛石，其晶胞如圖3所示。已知金屬鈉的晶胞(體心立方堆積)沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖如圖A所示，則金剛石晶胞沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖應(yīng)該是圖___ (從A～D圖中選填)。

Answer 1

【答案】6 D Li+半徑比Y的空腔小很多，不易與空腔內(nèi)氧原子的孤電子對形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 四面體 < 4 D

【解析】

(1)①碳原子為6號元素，原子核外有6個電子，每個電子的運(yùn)動狀態(tài)各不相同，所以有6種運(yùn)動狀態(tài)不同的電子，核外電子排布為1s22s22p2，外圍電子排布式為2s22p2，所以外圍電子軌道表示式為；W中Li+提供空軌道，O原子提供孤對電子，形成配位鍵，所以選D；

②Li+半徑比Y的空腔小很多，不易與空腔內(nèi)氧原子的孤電子對形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

③冠醚分子中O原子形成2個σ鍵，根據(jù)氧原子的最外層電子數(shù)可知O原子價層還有2對孤電子對，所以O原子的價層電子對數(shù)為4，為sp3雜化，雜化軌道的空間構(gòu)型是四面體形；由于孤電子對成鍵電子的排斥作用較大，所以C—O—C的鍵角＜109°28′；

(2)根據(jù)均攤法，石墨晶胞中碳原子分別位于頂點(diǎn)(8個)、棱心(4個)、面心(2個)、內(nèi)部(1個)，所以個數(shù)為=4；晶胞的質(zhì)量為g，晶胞的底面圖為，則有=r×sin60°，可得a=，則底面菱形的高為=r，所以底面積為×r，晶胞的高為2d，所以晶胞的體積為V=×r×2d=3r2dcm3，晶胞的密度，解得d=cm；

(3)體對角線上的原子投影重合，投影在在正六邊形中心，另外6個頂點(diǎn)原子投影形成正六邊形，面心上6個C原子投影也形成小的正六邊形，位于內(nèi)部的4個C原子的投影，或與六邊形中心重合，或與面心C原子的投影重疊，所以D選項(xiàng)符合。