Question

【題目】碳是地球上組成生命的最基本的元素之一。按要求回答：

碳原子核外有________種不同空間運動狀態的電子

碳元素能形成多種無機物。石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體如圖，其結構為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與鉀最近等距的配位碳原子有_________個。

碳也可形成多種有機化合物，下圖所示是一種嘌呤和一種吡啶的結構，兩種分子中所有原子都在一個平面上。吡啶分子中含有鍵數目是__________。

嘌呤結構中N原子的雜化方式為________。

嘌呤中軌道之間的夾角比大，解釋原因___________。

將立方金剛石中的每個碳原子用一個由4個碳原子組成的正四面體結構單元取代可形成碳的一種新型三維立方晶體結構碳。已知碳密度為，阿伏加德羅常數為，則碳的晶胞參數________寫出表達式即可。

Answer 1

【答案】4 12 孤電子對與成鍵電子對之間的斥力大于成鍵電子對之間的斥力，斥力大，鍵角大

【解析】

(1)核外電子空間運動狀態由能層、能級、原子軌道決定；

(2)每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與K原子距離等距的C原子上層有6個、下層有6個；

(3)單鍵為σ鍵、雙鍵中含有1個σ鍵、1個π鍵；

(4)分子中所有原子都在一個平面上，則嘌呤結構中N原子價層電子對個數是3；

(5)孤電子對和成鍵電子對之間的排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力；

(6)均攤法計算金剛石晶胞中碳原子數目，將金剛石晶胞每個C原子換成由4個碳原子組成的正四面體結構單元可得T-碳晶胞，計算T-碳晶胞碳原子數目，再計算晶胞質量，結合晶胞質量=晶體密度×晶胞體積計算晶胞參數。

(1)碳原子核外電子排布式為1s22s22p2，核外電子空間運動狀態由能層、能級、原子軌道決定，1s軌道、2s軌道、2p有2個軌道，核外有4種不同空間運動狀態的電子；

(2)石墨與鉀可形成石墨夾層離子晶體C8K(如圖)，其結構為每隔一層碳原子插入一層鉀原子，與鉀原子層相鄰的上下兩層碳原子排列方式相同，則與K原子距離等距的C原子上層有6個、下層有6個，所以有12個；

(3)單鍵為σ鍵、雙鍵中含有1個σ鍵、1個π鍵，環上的C原子總共還形成4個C-H鍵，故1mol吡啶分子中含有σ鍵數目10NA；

(4)分子中所有原子都在一個平面上，則嘌呤結構中N原子價層電子對個數是3，N原子雜化類型為sp2；

(5)孤電子對和成鍵電子對之間的排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力，斥力越大鍵角大，故嘌呤中軌道之間的夾角∠1比∠2大；

(6)一個金剛石晶胞中，含有C的數目為8×+4=8，將每個C原子換成由4個碳原子組成的正四面體結構單元，則T-碳晶胞中含有碳原子數目為8×4=32個，則晶胞質量=32×g，1個晶胞的體積為V=a3pm3=(a×10-10)3cm3，所以晶胞質量=32×g=(a×10-10)3cm3×ρg/cm3，解得a=×1010。