Question

【题目】碳是地球上组成生命的最基本元素之一，可以sp3 、sp2和sp杂化轨道成共价键，具有很强的结合能力，与其它元素结合成不计其数的无机物和有机化合物，构成了丰富多彩的世界。碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

（1）基态碳原子核外有__________种空间运动状态的电子，其价电子排布图为 。

（2）光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子立体构型为 ，其碳原子杂化轨道类型为 杂化。

（3）碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如下表所示：

试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？

（4）碳的一种同素异形体——C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子。立方烷(分子式：C8H8，结构是立方体：)是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如下图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中。则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为

（5）碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如上图所示，虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞含碳原子个数为 个。已知石墨的密度为ρg．cm-3 ，C-C键长为rcm，阿伏伽德罗常数的值为NA，计算石墨晶体的层间距为 cm。

Answer 1

【答案】（1）6；；（2）平面三角形；sp2；（3）碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中阳离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解；（4）C8H8·C60；（5）4；ρNAr；

【解析】

试题分析：（1）碳原子核外有6个电子，原子核外没有运动状态相同的电子，即有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，根据泡利原理与洪特规，价电子排布图为，故答案为：6；；

（2）光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤对电子，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化，故答案为：平面三角形；sp2；

（3）碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中阳离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解，故答案为：碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中阳离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解；

（4）晶胞中C60数目为8×+6×=4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则化学式为C8H8·C60，故答案为：C8H8·C60；

（5）由图可知石墨的晶胞结构为，设晶胞的底边长为acm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h=2d，底面图为，则=r×sin60°，可得a=r，则底面面积为(r)2×Sin60°，晶胞中C原子数目为1+2×+8×+4×=4，晶胞质量为g，则：ρg．cm-3=g÷[(r)2×Sin60°×2d]cm3，整理可得d=ρNAr2，故答案为：4；ρNAr。