Question

【題目】研究含碳化合物的結構與性質，對生產、科研等具有重要意義。

(1)某同學畫出基態碳原子的核外電子排布圖：，該電子排布圖違背了__；CH3+、-CH3、CH3-都是重要的有機反應中間體。CH3+、CH3-的空間構型分別為___、____。

(2)冠醚是由多個二元醇分子之間失水形成的環狀化合物。X、Y、Z是常見的三種冠醚，其結構如圖所示。它們能與堿金屬離子作用，并且隨著環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，恰好能進入到X的環內，且Li+與氧原子的一對孤電子對作用形成穩定結構W(如圖)。基態鋰離子核外能量最高的電子所處能層符號為___________；

②冠醚Y能與K+形成穩定結構，但不能與Li+形成穩定結構。理由是___________。

③烯烴難溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果較差。若烯烴中溶入冠醚Z，氧化效果明顯提升。

i.水分子中氧的雜化軌道的空間構型是___________，H－O鍵鍵角___________(填“＞”“＜”或“=”)109°28′

ii.已知：冠醚Z與KMnO4可以發生下圖所示的變化。加入冠醚Z后，烯烴的氧化效果明顯提升的原因是___________。

Answer 1

【答案】洪特規則 平面三角形 三角錐形 K Li+半徑比Y的空腔小得多，不易與空腔內氧原子的孤電子對作用形成穩定結構 正四面體 ＜ 冠醚可溶于烯烴，進入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機會，提升氧化效果

【解析】

(1)當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態原子中的電子總是優先單獨占據一個軌道，而且自旋狀態相同；根據價層電子對個數=σ鍵個數+孤電子對個數計算判斷；

(2)①基態鋰離子核外只有1s能級上有電子；②冠醚Y空腔較大，Li+半徑較小；③i．水分子中氧原子的價層電子對個數是4；水分子中O原子含有2個孤電子對，孤電子對之間的排斥力大于成鍵電子對和孤電子對之間的排斥力；ii．根據相似相溶原理分析解答。

(1)2p軌道上的2個電子沒有分占不同軌道，該電子排布圖違背了洪特規則；CH3+中心碳原子的價層電子對個數=3+=3，采用sp2雜化，為平面三角形結構，而CH3-中心碳原子的價層電子對個數=3+=4，采用sp3雜化，為三角錐形，故答案為：洪特規則；平面三角形；三角錐形；

(2)①基態鋰離子核外只有1s能級上有電子，為K層上的電子，所以其能層符號為K，故答案為：K；

②冠醚Y空腔較大，Li+半徑較小，Li+半徑遠遠小于Y空腔，導致該離子不易與氧原子的孤電子對形成配位鍵，所以得不到穩定結構，故答案為：Li+半徑比Y的空腔小很多，不易與空腔內O原子的孤電子對作用形成穩定結構；

③i．水分子中氧原子的價層電子對個數是4，采用sp3雜化，含有2個孤電子對，氧的雜化軌道的空間構型為四面體；水分子中O原子含有2個孤電子對，孤電子對之間的排斥力大于成鍵電子對和孤電子對之間的排斥力，導致水分子中鍵角小于甲烷分子之間鍵角，小于109°28′，故答案為：四面體；＜；

ii．根據相似相溶原理知，冠醚可溶于烯烴，加入冠醚中的鉀離子因靜電作用將高錳酸根離子帶入烯烴中，增大反應物的接觸面積，提高氧化效果，故答案為：冠醚可溶于烯烴，加入冠醚中的鉀離子因靜電作用將高錳酸根離子帶入烯烴中，增大反應物的接觸面積，提高氧化效果。