Question

【題目】碳元素形成的單質(zhì)和化合物在化工、材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，回答下列問題：

(1)區(qū)分金剛石和無定形碳最可靠的科學(xué)方法為___________�；鶓B(tài)C原子核外未成對(duì)電子的數(shù)目為_____________。

(2)咖啡因結(jié)構(gòu)為。

①咖啡因中C原子的雜化形式為_________________。

②1 mol咖啡因中所含鍵數(shù)目為_________________。

③咖啡因通常在水中的溶解度較小，加入適量能增大其在水中溶解度的原因?yàn)?/span>_________________。

④CH3+(甲基正離子)的立體構(gòu)型為_________________。

(3)CO、NO、H2S均為生命體系氣體信號(hào)分子。其中H、C、O、S的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>____________；N、O、S的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>________________。

(4)干冰可用于人工降雨。其熔點(diǎn)低于金剛石的原因?yàn)?/span>___________；若干冰的密度為1.56 g/cm3，立方晶胞參數(shù)為0.57 nm，則每個(gè)晶胞實(shí)際占用CO2的數(shù)目為_______。

Answer 1

【答案】X-射線衍射實(shí)驗(yàn) 2 sp3雜化、sp2雜化 25NA 物質(zhì)中含有親水基-OH、-COONa，增大了物質(zhì)的水溶性，同時(shí)含有親油基，增大了咖啡因的溶解性，因此可增大其在水中溶解度 平面三角形 O＞S＞C＞H N＞O＞S 干冰屬于分子晶體，分子間以范德華力結(jié)合；金剛石屬于原子晶體，原子間以共價(jià)鍵結(jié)合，范德華力比共價(jià)鍵弱，導(dǎo)致干冰的熔點(diǎn)比金剛石低。 4

【解析】

(1)區(qū)分晶體與非晶體最可靠的方法是X-射線衍射實(shí)驗(yàn)；結(jié)合構(gòu)造原理及原子核外電子排布規(guī)律分析判斷；

(2)①C原子形成共價(jià)單鍵為sp3雜化，形成共價(jià)雙鍵為sp2雜化，加成判斷；

②共價(jià)單鍵都是鍵，共價(jià)雙鍵一個(gè)是鍵，一個(gè)是π鍵；

③根據(jù)物質(zhì)相似相溶原理分析判斷；

(3)元素非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越大；元素的第一電離能隨元素非金屬性的增強(qiáng)而增大，第IIA、VA元素的元素大于相鄰?fù)�一周期元素的第一電離能；

(4)不同類型晶體熔沸點(diǎn)規(guī)律是：原子晶體>離子晶體>分子晶體；根據(jù)晶胞參數(shù)及晶體密度，可計(jì)算晶胞質(zhì)量，然后結(jié)合其相對(duì)分子質(zhì)量計(jì)算含有的分子數(shù)目。

(1)區(qū)分晶體與非晶體最可靠的方法是X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，金剛石是原子晶體，無定形碳是非晶體，所以區(qū)分金剛石和無定形碳最可靠的科學(xué)方法為X-射線衍射實(shí)驗(yàn)；

C原子核外有6個(gè)電子，核外電子排布式為1s22s22p2，由于一個(gè)軌道最多可容納2個(gè)自旋方向相反的電子，2p軌道有3個(gè)，這2個(gè)電子總是盡可能占據(jù)不同軌道，而且自旋方向相同，這樣能量最低，所以基態(tài)C原子有2個(gè)成單電子；

(2)①根據(jù)咖啡因分子結(jié)構(gòu)示意圖可知：分子中C原子有飽和C原子和形成羰基的C原子兩種類型，飽和C采用sp3雜化，形成羰基的C原子采用sp2雜化；

②咖啡因分子式是C8H10N4O2，在一個(gè)咖啡因分子中含有的鍵數(shù)目是25個(gè)，則在1 mol咖啡因中所含鍵數(shù)目為25NA；

③咖啡因分子中無親水基，因此在水中不容易溶解；而在中同時(shí)含有親水基和親油基，含有親水基-OH和-COONa增大了物質(zhì)的水溶性，含有的親油基(即憎水基)，又能夠很好溶解咖啡因，故加入適量能增大咖啡因在水中的溶解度；

④CH3+中價(jià)電子數(shù)為3，采用sp2雜化，其空間構(gòu)型為平面三角形；

(3)元素H、C、O、S的非金屬性強(qiáng)弱順序?yàn)椋?/span>O＞S＞C＞H，元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大，所以這四種元素的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)椋?/span>O＞S＞C＞H；

在N、O、S三種元素中，原子半徑越大，原子越容易失去電子，元素的電離能就越小。S元素原子半徑最大，其第一電離能最小。對(duì)于同一周期的N、O兩種元素來說，由于N原子最外層電子排布為半充滿的穩(wěn)定狀態(tài)，失去電子比O難，因此第一電離能比O大，所以N、O、S三種元素的第一電離能由大到小的順序N＞O＞S；

(4)干冰屬于分子晶體，分子之間以微弱的范德華力結(jié)合，因此物質(zhì)的熔沸點(diǎn)低，易氣化，氣化吸收大量熱，使周圍環(huán)境溫度降低，水蒸氣凝結(jié)為液體而降落，故可用于人工降雨；而金剛石屬于原子晶體，C原子間以強(qiáng)烈的共價(jià)鍵結(jié)合，斷裂消耗較高能量，所以其熔沸點(diǎn)比干冰高；

若干冰的密度為1.56 g/cm3，立方晶胞參數(shù)為0.57 nm，則根據(jù)m=ρ·V可得晶胞質(zhì)量m(CO2)=ρ·V=1.56 g/cm3×(0.57 ×10-7 cm)3=2.89×10-22 g，由于CO2摩爾質(zhì)量為44 g/mol，則每個(gè)晶胞實(shí)際占用CO2的數(shù)目為N(CO2)= =4。