Question

【題目】【2015新課標(biāo)1】[化學(xué)——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

碳及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題：

（1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用 形象化描述。在基態(tài)原子中，核外存在 對(duì)自旋相反的電子。

（2）碳在形成化合物時(shí)，其鍵型以共價(jià)鍵為主，原因是 。

（3）CS2分子中，共價(jià)鍵的類型有 ，C原子的雜化軌道類型是 ，寫出兩個(gè)與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子 。

（4）CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，其固體屬于 晶體。

（5）碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：

石墨烯晶體 金剛石晶體

①在石墨烯晶體中，每個(gè)C原子連接 個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有 個(gè)C原子。

②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個(gè)C原子連接 個(gè)六元環(huán)，六元環(huán)中最多有 個(gè)C原子在同一平面。

Answer 1

【答案】（1）電子云 2

（2）C有4個(gè)價(jià)電子且半徑較小，難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)

（3）σ鍵和π鍵 sp CO2、SCN-

（4）分子

（5）①3 2

②12 4

【解析】（1）電子云是處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布的形象化的描述；C原子的核外有6個(gè)電子，電子排布為1s22s22p2，其中1s、2s上的2對(duì)電子的自旋方向相反，而2p軌道的電子的自旋方向相同；

（2）在原子結(jié)構(gòu)中，最外層電子小于4個(gè)的原子易失去電子，而C原子的最外層是4個(gè)電子，且C原子的半徑較小，則難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以主要通過共用電子對(duì)即形成共價(jià)鍵的方式來達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；

（3）CS2分子中，C與S原子形成雙鍵，每個(gè)雙鍵都是含有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，分子空間構(gòu)型為直線型，則含有的共價(jià)鍵類型為σ鍵和π鍵；C原子的最外層形成2個(gè)σ鍵，無孤對(duì)電子，所以為sp雜化；O與S同主族，所以與CS2具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子為CO2；與二氧化碳互為等電子體的離子有SCN-，所以SCN-的空間構(gòu)型與鍵合方式與CS2相同；

（4）該化合物熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，說明熔沸點(diǎn)較低，所以為分子晶體；

（5）根據(jù)均攤法來計(jì)算。①石墨烯晶體中，每個(gè)C原子被3個(gè)6元環(huán)共有，每個(gè)六元環(huán)占有的C原子數(shù)是6×1/3 = 2；

② 每個(gè)C原子周圍形成4個(gè)共價(jià)鍵，可以組合六個(gè)角，每個(gè)角延伸為兩個(gè)六元環(huán)，因此每個(gè)碳原子連接有2×6=12個(gè)六元環(huán)；

單鍵構(gòu)成的六元環(huán)，有船式和椅式兩種構(gòu)象。船式構(gòu)象的船底四個(gè)原子是共面的；椅式構(gòu)象中座板部分的四個(gè)原子是共面的。所以六元環(huán)中最多有4個(gè)C原子共面（原解：根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)，3個(gè)C原子可形成一個(gè)平面，而每個(gè)C原子都可構(gòu)成1個(gè)正四面體，所以六元環(huán)中最多有4個(gè)C原子共面。）