Question

3．碳及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題：
（1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用電子云形象化描述．在基態(tài)¹⁴C原子中，核外存在2對自旋相反的電子．
（2）碳在形成化合物時(shí)，其鍵型以共價(jià)鍵為主，原因是C有4個(gè)價(jià)電子且半徑較小，難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．
（3）CS₂分子中，共價(jià)鍵的類型有δ鍵和π鍵，C原子的雜化軌道類型是sp，分別寫出與CS₂具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子和離子各一個(gè)CO₂、SCN^-．
（4）CO能與金屬Fe形成Fe（CO）₅，該化合物熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，其固體屬于分子晶體．
（5）碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：

①在石墨烯晶體中，每個(gè)C原子連接3個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有2個(gè)C原子．
②在金剛石晶體中，C原子的配位數(shù)是4，12g金剛石中含有2N_AC-C．

Answer 1

分析 （1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用電子云形象化描述；根據(jù)同一軌道的2兩個(gè)電子自選方向相反判斷；
（2）共價(jià)鍵為原子之間以共用電子對成鍵，碳的非金屬性較弱，但半徑較小，反應(yīng)中難以失去或得到電子；
（3）CS₂分子的結(jié)構(gòu)式為S=C=S，含有δ鍵和π鍵；結(jié)合δ鍵和孤對電子數(shù)判斷價(jià)層電子對數(shù)，以此判斷雜化類型；與CS₂具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子為等電子體，應(yīng)含有3個(gè)原子，價(jià)電子數(shù)為16；
（4）熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，具有分子晶體的性質(zhì)；
（5）①石墨晶體中最小的環(huán)為六元環(huán)，每個(gè)碳原子連接3個(gè)C-C化學(xué)健，每個(gè)C-C化學(xué)健被2個(gè)碳原子共用；
②在金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子與周圍的4個(gè)碳原子形成四個(gè)碳碳單鍵，每個(gè)C原子與其他4個(gè)C原子共用4個(gè)C-C鍵，相當(dāng)于每個(gè)C原子占有4×$\frac{1}{2}$=2個(gè)C-C鍵．

解答 解：（1）處于一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子在原子核外出現(xiàn)的概率密度分布可用電子云形象化描述，離核近的區(qū)域電子云密度較大，離核遠(yuǎn)的區(qū)域電子云密度較小，C原子核外電子排布為1s²2s²2p²，軌道式為如圖所示：，則在基態(tài)¹⁴C原子中，核外存在2對自旋相反的電子，
故答案為：電子云；2；
（2）共價(jià)鍵為原子之間以共用電子對成鍵，碳原子核外有4個(gè)電子，且元素的非金屬性較弱，但半徑較小，反應(yīng)中難以失去或得到電子，
故答案為：C有4個(gè)價(jià)電子且半徑較小，難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
（3）CS₂分子的結(jié)構(gòu)式為S=C=S，含有δ鍵和π鍵，CS₂分子中C原子形成2個(gè)δ鍵，孤對電子數(shù)為$\frac{4-2×2}{2}$=0，則為sp雜化，
與CS₂具有相同空間構(gòu)型和鍵合形式的分子或離子為等電子體，應(yīng)含有3個(gè)原子，價(jià)電子數(shù)為16，常見分子和離子有CO₂、SCN^-，
故答案為：δ鍵和π鍵；sp；CO₂、SCN^-；
（4）Fe（CO）₅熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，具有分子晶體的性質(zhì)，則固體應(yīng)為分子晶體，故答案為：分子；
（5）①石墨晶體中最小的環(huán)為六元環(huán)，每個(gè)碳原子連接3個(gè)C-C化學(xué)健，則每個(gè)C原子連接 3個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有的C原子數(shù)為6×$\frac{1}{3}$=2，故答案為：3；2；
②在金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子與周圍的4個(gè)碳原子形成四個(gè)碳碳單鍵，所以C原子的配位數(shù)是4；每個(gè)C原子與其他4個(gè)C原子共用4個(gè)C-C鍵，相當(dāng)于每個(gè)C原子占有4×$\frac{1}{2}$=2個(gè)C-C鍵，1mol金剛石含2molC-C鍵，所以12g金剛石中含有2N_AC-C，故答案為：4；2N_A．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，側(cè)重考查學(xué)生空間想象能力、知識(shí)運(yùn)用能力，涉及晶胞計(jì)算、原子結(jié)構(gòu)等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，采用均攤法、價(jià)層電子對互斥理論等理論分析解答，題目難度中等．