Question

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

(1)C原子的價電子軌道表達式為______________________。

(2)碳元素是組成有機物必不可少的元素。1828年，化學家維勒首次用加熱的方法將無機物氰酸銨[NH4(OCN)]轉化為有機物尿素，開啟了人造有機物的大門。氰酸銨中陽離子的立體構型是___________。有機物M()在一定條件下生成N()

①沸點：M___________N(填“大于”或“小于”)。

②M中碳原子的雜化類型為___________，不同雜化類型的碳原子數之比為___________。

(3)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。該配離子的配位數是___________，配體中碳原子的雜化方式有_________。

(4)石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖所示，圖中用實線標出了石墨的一個六方晶胞。

①石墨中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。六方氮化硼(BN)與石墨晶體結構類似，硼原子和氮原子交替相連，而六方BN卻無法導電，其原因是___________。

②晶胞有兩個基本要素：石墨一種晶胞結構和部分晶胞參數如圖。

a.原子坐標參數描述的是晶胞內原子間的相對位置。石墨晶胞中碳原子A、B的坐標參數分別為A(0，0，0)、B（0，1，)，則C原子的坐標參數為___________。

b. 晶胞參數用以描述晶胞的大小和形狀。已知石墨晶胞底邊長為acm，層間距為 d cm，阿伏加德羅常數的值為NA，則石墨的密度為___________g·cm－3(寫出表達式即可)

Answer 1

【答案】 正四面體 小于 sp2、sp3雜化 7︰2 6 sp2和sp3雜化 氮的電負性較大，相互平行且重疊p軌道（或大兀鍵）上的電子在很大程度上被定域在氮的周圍，不能自由流動

【解析】

（1）碳原子價電子排布式為2s22p2；

(2) 氰酸銨中陽離子為NH4+離子；

①對結構相似的有機物，其分子量越大沸點就越高；

②M中含有C-C、苯環以及C=O；

（3）由圖可知，EDTA與Ca2+形成的配離子中為Ca2+中心離子，EDTA中N、O原子與Ca2+之間形成配位鍵；EDTA中含有飽和碳原子和—COO—；

（4）①由于N和B的電負性相差較大；

②a.由B點坐標可得，a=1，d=1/2，所以C點坐標為（1，1，1/2）；

b. 由石墨的晶胞結構得晶胞中C原子的數量為1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,晶胞體積為2d×a×a×sin60°=。

（1）碳原子價電子排布式為2s22p2，根據能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規則，其價電子原子軌道表示式為，故答案為：；

(2) 氰酸銨中陽離子為NH4+離子，NH4+離子中N原子價層電子對數為4，孤對電子數為0，故空間構型為正四面體形，故答案為：正四面體；

①對結構相似的有機物，其分子量越大沸點就越高，所以沸點M小于N，故答案為：小于；

②因為M中含有C-C、苯環以及—COO—，所以M中C原子的雜化方式為sp2、sp3雜化，兩種雜化方式的碳原子比例為：（6+1）:2=7:2，故答案為：sp2和sp3雜化；7:2；

（3）由圖可知，EDTA與Ca2+形成的配離子中為Ca2+中心離子，EDTA中N、O原子與Ca2+之間形成配位鍵，Ca2+的配位數為6；EDTA中含有飽和碳原子和—COO—，故C原子的雜化方式為sp2、sp3雜化，故答案為：6；sp2和sp3雜化；

（4）①由于N和B的電負性相差較大，在六方氮化硼晶體中相互平行且重疊p軌道（或大兀鍵）上的電子在很大程度上被定域在N原子的周圍，不能自由流動，故不能導電，故答案為：氮的電負性較大，相互平行且重疊p軌道（或大兀鍵）上的電子在很大程度上被定域在氮的周圍，不能自由流動；

②a.由B點坐標可得，a=1，d=1/2，所以C點坐標為（1，1，1/2），故答案為：（1，1，1/2）；

b. 由石墨的晶胞結構得晶胞中C原子的數量為1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,晶胞體積為2d×a×a×sin60°=，則石墨的密度為，故答案為：。