Question

【題目】碳及其化合物有著重要用途。回答下列問題：

(1)基態碳原子的價層電子排布圖為___________。

(2)在CH2=CHCN中，碳原子的雜化方式有___________、___________，所含σ鍵數目和π鍵數目之比為___________。

(3)甲烷、水、氨氣中C、O、N原子均采用sp3雜化方式，VSEPR模型均為正四面體構型，比較三者鍵角的大小___________(由大到小，用H一R—H表示)，其原因是___________。

(4)C60室溫下為紫紅色固體，不溶于水，能溶于四氯化碳等非極性溶劑。據此判斷C60的晶體類型是___________。

(5)C60晶胞結構如圖，C60分子處于頂點和面心。已知：C60晶胞棱長為14.20 (1=10－8cm)，則C60的晶體密度為___________g/cm3。

C60體中存在正四面體空隙(例如1、3、6、7四點構成)和正八面體空隙(例如3、6、7、8、9、12六點構成)，則平均每一個C60晶胞中有___________個正四面體空隙和4個正八面體空隙。當堿金屬元素全部占滿所有空隙后，這類C60摻雜物才具有超導性。若用金屬銫(Cs)填滿所有空隙，距離最近的兩個Cs原子間的距離為___________ 。

Answer 1

【答案】 sp、 sp2 2：1 H-C- H>H-N-H>H-O-H C、N、O均為sp3雜化，孤電子對分別為0、1、2，“孤電子對—成鍵電子對”的斥力大于“成鍵電子對—成鍵電子對”的斥力，孤電子對越多斥力越大，鍵角越小。 分子晶體 1.67 8 7.10

【解析】

(1)基態C原子的核外電子排布式為1s22s22p2，價電子排布式為2s22p2，則價電子排布圖為。

(2)CH2=CHCN中，2個C采用sp2雜化、1個C采用sp雜化。鍵、π鍵數目分別為6、3，所含σ鍵數目和π鍵數目之比為2:1；答案：sp、sp2；2：1。

(3)甲烷、水、氨氣中C、O、N原子均采用sp3雜化方式，VSEPR模型均為正四面體構型、理論鍵角均為10928'；但隨著孤電子對數目的增多，對成鍵電子對的斥力越大，實際鍵角將越小。所以甲烷、水、氨氣中C、O、N原子均采用sp3雜化方式，VSEPR模型均為正四面體構型，三者鍵角的大小為H-C- H>H-N-H>H-O-H；答案：H-C- H>H-N-H>H-O-H；C、N、O均為sp3雜化，孤電子對分別為0、1、2，“孤電子對—成鍵電子對”的斥力大于“成鍵電子對—成鍵電子對”的斥力，孤電子對越多斥力越大，鍵角越小。

(4)C60是非金屬單質晶體，不可能是離子晶體和金屬晶體。分子晶體的特點是：熔沸點低，不導電，能溶解在某些溶劑中。而原于晶體一般不溶于其他溶劑。所以C60是分子晶體；答案：分子晶體。

(5)晶胞含有的C60分子數為：81/8+61/6=4，故密度為41260g÷[NA(14. 2010-8cm)3]=1.67g/cm3。正四面體空隙分別是位于1/8晶胞的小立方體的體心位置，共8個（如圖中×），正八面體中心分別位于晶胞體心和晶胞棱中心，11+121/4=4（如圖中）。當Cs原于填入這些空隙后，由這些Cs 原于再次構成立方體，分別位于頂點和體心，故最近的Cs原子為構成的立方體的棱長，等于C60晶胞棱長的1/2 ，即為7.10 。答案：1.67；8；7.10。