Question

【题目】研究含碳化合物的结构与性质，对生产、科研等具有重要意义

(1)冠醚是由多个二元醇分子之间失水形成的环状化合物。X、Y、Z是常见的三种冠醚，其结构如图所示。它们能与碱金属离子作用，并且随着环的大小不同而与不同金属离子作用。

①Li+计与X的空腔大小相近，恰好能进入到X的环内，且Li+与氧原子的一对孤电子对作用形成稳定结构W(如图)。

a.基态锂离子核外能量最高的电子所处能层符号为___________；

b.W中Li+与孤对电子之间的作用属于___________(选填字母标号)

A.离子键 B.共价键 C.配位键 D.氢键 E.以上都不是

②冠醚Y能与K+形成稳定结构，但不能与Li+计形成稳定结构。理由是___________。

③烯烃难溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果较差。若烯烃中溶人冠醚Z，氧化效果明显提升。

i.水分子中氧的杂化轨道的空间构型是___________，H－O键键角___________(填“＞”“＜”或“=”)109°28′

ii.已知：冠醚Z与KMnO4可以发生右图所示的变化。加入冠醚Z后，烯烃的氧化效果明显提升的原因是___________。

(2)甲烷是重要的清洁能源，其晶体结构如图所示，晶胞参数为anm。

①常温常压下不存在甲烷晶体。从微粒间相互作用的角度解释，其理由是___________；

②甲烷分子的配位数为___________；

③A分子中碳原子的坐标参数为(0，0，0)，则B分子的碳原子的坐标参数为___________。

④甲烷晶体的密度为___________(g·cm－3)。

Answer 1

【答案】K C Li+半径比Y的空腔小得多，不易与空腔内氧原子的孤电子对作用形成稳定结构 正四面体 小于 冠醚可溶于烯烃，进入冠醚中的K+因静电作用将MnO4－带入烯烃中，增大烯烃与MnO4－接触机会，提升氧化效果。 甲烷是分子晶体，分子间作用力很小，熔沸点远低于常温。 12 （-0.5a,0.5a,a） 64×1021/(a NA)

【解析】

①a.基态锂离子核外电子排布为1S2，所以核外能量最高的电子所处能层符号为K；

b.因为共用电子对由氧原子提供，与锂离子共用，所以属于配位键；

②根据Li+的半径比K+的半径小来回答；

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz 4个原子轨道通过sp3杂化形成4个杂化轨道，所以水分子中氧的杂化轨道的空间构型为正四面体构型；但在其中有2对未共用的电子对（称之为孤电子对）占据在两个sp3杂化轨道中。孤电子对所占用的杂化轨道电子云比较密集，对成键电子对所占的杂化轨道起了推斥和压缩的作用，以致两个O-H键间夹角被压缩成了104°45′，而不再是正四面体杂化的109°28′；

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烃，进入冠醚中的K+因静电作用将MnO4－带入烯烃中，增大烯烃与MnO4－接触机会，提升氧化效果。

(2)①甲烷属于分子晶体，微粒间存在分子间作用力进行分析；

②根据晶胞可以看出，甲烷的晶胞结构为面心立方，所以甲烷的配位数为12；

③A分子中碳原子的坐标参数为(0，0，0)，则B分子的碳原子的坐标参数为（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的质量，再除以晶胞体积；

①a.基态锂离子核外电子排布为1S2，所以核外能量最高的电子所处能层符号为K；

正确答案：K。

b.因为共用电子对由氧原子提供，与锂离子共用，所以属于配位键；

正确答案：C。

②根据Li+的半径比K+的半径小来回答；

正确答案：Li+半径比Y的空腔小得多，不易与空腔内氧原子的孤电子对作用形成稳定结构。

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz4个原子轨道通过sp3杂化形成4个杂化轨道，所以水分子中氧的杂化轨道的空间构型为正四面体构型；但在其中有2对未共用的电子对（称之为孤电子对）占据在两个sp3杂化轨道中。孤电子对所占用的杂化轨道电子云比较密集，对成键电子对所占的杂化轨道起了排斥和压缩的作用，以致两个O-H键间夹角被压缩成了104°45′，而不再是正四面体构型中的109°28′。

正确答案：正四面体 ＜

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烃，进入冠醚中的K+因静电作用将MnO4－带入烯烃中，增大烯烃与MnO4－接触机会，提升氧化效果。

正确答案：冠醚可溶于烯烃，进入冠醚中的K+因静电作用将MnO4－带入烯烃中，增大烯烃与MnO4－接触机会，提升氧化效果。

(2)①甲烷属于分子晶体，微粒间是分子间作用力进行分析；

正确答案：甲烷是分子晶体，分子间作用力很小，熔沸点远低于常温。

②根据晶胞可以看出，甲烷的晶胞结构为面心立方，所以甲烷的配位数为12；

正确答案：12

③A分子中碳原子的坐标参数为(0，0，0)，则B分子的碳原子的坐标参数为（-0.5a,0.5a,a）

正确答案：（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的质量，再除以晶胞体积；

（1）晶胞中含有甲烷分子数为8×1/8+6×1/2=4个，质量为m（CH4）==64/NAg；（2）晶胞体积V=（a×10-7cm）3=a3×10-21cm3 。根据（1）（2）得到密度= m（CH4）/V=(64/NAg)/（a3×10-21cm3）=64×1021/(a3NA);

正确答案：64×1021/(a3NA)。