Question

【題目】組成生命的最基本元素之一是碳，其單質(zhì)及化合物在研究和生產(chǎn)中有許多重要用途。請(qǐng)回答下列問題:

（1）基態(tài)碳原子價(jià)電子原子軌道表示式為________，其核外有________種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子.

（2） 有機(jī)物中都含有碳原子，這和碳原子電子云的成鍵特點(diǎn)有關(guān)，試解釋有機(jī)物種類繁多的原因________ 。

（3） 比較下列碳酸鹽在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解的溫度和對(duì)應(yīng)的陽離子半徑，分析其變化規(guī)律及原因_____________。

碳酸鹽	MgCO3	CaCO3	BaCO3	SrCO3
熱分解溫度/℃	402	900	1172	1360
陽離了半徑/pm	66	99	112	135

（4）1828 年，德國化學(xué)家烏勒(F·Wohler)沖破了生命力學(xué)說的束縛，在實(shí)驗(yàn)室里將無機(jī)物氰酸銨(NH4CNO)溶液蒸發(fā)，得到了有機(jī)物尿素[CO(NH2)2]。尿素中C、N、O第一電離能大小順序?yàn)?/span>____________。

（5） 碳的同素異形體有多種，其中一種為石墨，系平面層狀結(jié)構(gòu)。同一層內(nèi)每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子以C -C 鍵相連構(gòu)成平面正六邊形，且層間可以滑動(dòng)，它的結(jié)構(gòu)如圖所示。其中碳原子的雜化方式為_______，層間存在的作用力為__________。

（6）石墨晶體二維結(jié)構(gòu)的特殊性。

①同一層面內(nèi)的平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)(見上圖)。在含lmolC原子的石墨中，有_____個(gè)平面正六邊形。

②已知石墨層間距為335pm，C-C鍵長(zhǎng)為142pm，其密度______g/cm3(已知：lpm=10-10cm。列出計(jì)算式即可)

Answer 1

【答案】 6 碳原子間的價(jià)電子可以通過sp3 sp2 sp等形成共用電子對(duì)，構(gòu)成長(zhǎng)的碳鏈、碳環(huán)，以及碳碳單鍵、雙鍵、三鍵，而且還存在同分異構(gòu)現(xiàn)象 因?yàn)樘妓猁}的分解過程實(shí)際上是晶體中陽離子結(jié)合CO32-中的氧離子，使CO32-分解為CO2的過程，所以當(dāng)陽離子所帶電荷相同時(shí)，陽離子半徑越小，其結(jié)合氧離子能力就越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解 N＞O＞C sp2 分子間作用力 0.5NA

【解析】（1）軌道表示式是用方框和箭頭表明核外電子排布的式子，碳原子價(jià)電子排布式為2s22p2，根據(jù)能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規(guī)則，其價(jià)電子原子軌道表示式為；碳原子核外有6個(gè)電子，原子核外不存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，所以其核外有6種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。

（2）有機(jī)物中都含有碳原子，碳原子間的價(jià)電子可以通過sp3、sp2、sp等形成共用電子對(duì)，即形成碳碳單鍵、碳碳雙鍵、碳碳叁鍵，可以構(gòu)成長(zhǎng)的碳鏈、碳環(huán)，而且還存在同分異構(gòu)現(xiàn)象，這些都是有機(jī)物種類繁多的原因。

（3）由表中數(shù)據(jù)可看出：碳酸鹽中陽離子半徑越小，就越容易分解，因?yàn)樘妓猁}分解過程實(shí)際是晶體中陽離子結(jié)合碳酸根離子中的氧離子，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(shí)，陽離子半徑越小，其結(jié)合氧離子能力越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的碳酸鹽就越容易分解。

（4）同周期從左到右隨著原子序數(shù)的增大第一電離能呈增大趨勢(shì)，但是N元素原子的2p能級(jí)有3個(gè)電子，為半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量降低，失去電子需要的能量較高，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能N＞O＞C。

（5）石墨是平面層狀結(jié)構(gòu)，每層每個(gè)碳原子與周圍的三個(gè)碳原子成σ鍵，鍵角為120°，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，石墨中的碳以sp2的方式進(jìn)行雜化；石墨晶體中層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力(即分子間作用力)結(jié)合起來的。

（6）①由圖可得，每個(gè)碳原子被3個(gè)六元環(huán)占有，利用均攤法計(jì)算，每個(gè)六元環(huán)含有碳原子個(gè)數(shù)=×6=2，則在含lmolC原子的石墨中，有0.5NA個(gè)平面正六邊形。②對(duì)于任一層石墨中的一個(gè)六元環(huán)，正六邊形環(huán)的邊長(zhǎng)是142pm，將正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)與正六邊形的中心連線，分成6個(gè)邊長(zhǎng)為142pm的正三角形，所以正六邊形的面積S=6××142×142×sin600pm2=3×1422×sin600 pm2；石墨的層間距為335pm，可以認(rèn)為一層石墨的厚度是335pm，那么一個(gè)六元環(huán)的體積V=3×1422×sin600×335 pm3=3×1422×sin600×335×10-30 cm3；又根據(jù)前面利用均攤法計(jì)算，每個(gè)六元環(huán)含有2個(gè)C原子，所以一個(gè)六元環(huán)的質(zhì)量m==g，因此，石墨的密度ρ=m/V=g÷(3×1422×sin600×335×10-30) cm3=g/cm3。