Question

【題目】碳是形成單質和化合物種類最多的元素，其單質及化合物有獨特的性質和用途。請回答下列問題。

(1)碳有多種單質，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示：

石墨烯能導電而金剛石不能導電的原因是________。

(2)碳的主要氧化物有CO和CO2

①CO能與金屬Fe形成一種淺黃色液體Fe(CO)5，其熔點為-20℃，沸點為103℃，熱穩(wěn)定性較高，易溶于苯等有機溶劑，不溶于水。據此判斷：該化合物的晶體中不涉及的作用力有________。

A.離子鍵 B.極性鍵 C.非極性鍵 D.范德華力 E.配位鍵

②CO2在一定條件下可以合成甲醇，反應方程式為：。該反應所涉及的4種物質，沸點從高到低的順序為________。

(3)是重要的有機反應中間體，其空間構型為________。

(4)碳的有機物常作為金屬有機化合物的配體，如EDTA(乙二胺四乙酸)。EDTA與Ca2+形成的配離子如圖所示。

①鈣離子的配位數是________。

②配體中碳原子的雜化方式有________。

Answer 1

【答案】石墨烯中C原子上未參與雜化的所有P軌道相互平行且重疊，使P軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動而導電，金剛石中C原子的四個價電子均已雜化生成σ鍵 AC H2O＞CH3OH＞CO2＞H2 三角錐性 6 sp2和sp3

【解析】

(1)根據石墨烯和金剛石中碳原子的成鍵特點分析；

(2)①根據物質的性質分析其晶體類型，從而確定物質中存在的作用力；

②根據影響物質熔沸點的因素分析；

(3)根據價層電子對互斥理論分析；

(4)①根據配位數的概念分析；

②根據雜化軌道理論分析。

(1)石墨烯中C原子上未參與雜化的所有P軌道相互平行且重疊，使P軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動而導電，金剛石中C原子的四個價電子均已雜化生成σ鍵，因此金剛石不能導電；

(2)①CO能與金屬Fe形成一種淺黃色液體Fe(CO)5，其熔點為-20℃，沸點為103℃，熔沸點較低，易溶于苯等有機溶劑，不溶于水，故其為分子晶體，則Fe(CO)5分子間存在范德華力，C與O原子間形成極性鍵，CO作為配體與中心原子Fe原子間形成配位鍵，則該化合物的晶體中不涉及的作用力有離子鍵、非極性鍵；

②由于常溫下，H2O與CH3OH是液體，CO2與H2為氣體，故H2O與CH3OH的沸點較高，CO2與H2的沸點較低，又由于H2O與CH3OH均為極性分子，H2O分子間形成的氫鍵數比甲醇多，則H2O的沸點比CH3OH的沸點高；CO2與H2均為非極性分子，CO2分子量較大，范德華力較大，故CO2的沸點比H2的高，故這4種物質的沸點從高到低的順序為H2O＞CH3OH＞CO2＞H2；

(3)的σ鍵電子對數為3，孤電子對數為，則其價層電子對數為4，空間構型為三角錐性；

(4)①如圖所示，該配離子中鈣離與N、O原子之間形成配位鍵，Ca2+的配位數為6；

②EDTA中羧基上的C原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，該類C原子雜化軌道數目為3，采取sp2雜化，-CH2-的C原子形成4個σ鍵，沒有孤電子對，該類C原子雜化軌道數目為4，采取sp3雜化，故配體中碳原子的雜化方式有sp2和sp3。