Question

【题目】碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题:

(1)在基态C原子中，核外存在_______对自旋方向相反的电子。

(2)丙酮()分子中，中间碳原子的杂化方式为______；中键和π键的数目之比为__________________.

(3)写出两个与CO2具有相同空间构型的分子或离子：_____________

(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于_____晶体；Fe3+的核外电子排布式为__________________。

(5)已知第IIA族元素的碳酸盐MCO3热分解的主要过程为M2+结合碳酸根离子中的O2-，释放出CO2。则CaCO3的分解温度低于BaCO3的原因是_______________。分子中的大π键用符号表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为)，则CO32-中的大π键应表示为____________。

(6)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，一个六元环上的C原子数为__________________。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接_____个六元环，六元环中最多有_______个C原子在同一平面。

Answer 1

【答案】2 sp2 7:1 CS2、SCN-等 分子 1s22s22p63s23p63d5 Ca2+的半径小于Ba2+，更容易结合CO32-中O2-，因此CaCO3更容易分解 2 12 4

【解析】

(1)C原子的核外有6个电子，电子排布式为1s22s2p2，其中1s、2s上的2对电子的自旋方向相反，而2p轨道上的电子自旋方向相同，所以核外存在2对自旋方向相反的电子；

(2)丙酮分子中中间碳原子形成碳氧双键，为sp2杂化；分子中每个碳氧双键中各有一个π键，其他化学键均为键，共14个，所以键和π键的数目之比为7:1；

(3)O与S同主族，所以与CO2具有相同空间结构的分子为CS2；等电子体具有相同的空间结构，与CO2互为等电子的离子有SCN-；

(4)Fe(CO)5的熔点为253K，沸点为376K，熔沸点较低，所以为分子晶体；Fe为26号元素，根据电子排布规律可知基态Fe原子核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，失去外层3个电子后形成Fe3+，所以其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d5；

(5)Ca2+的半径小于Ba2+，更容易结合CO32-中O2-，因此CaCO3更容易分解；CO32-中心原子价层电子对数为，因此CO32-的空间构型为平面三角形，C原子、O原子有平行的p轨道，价电子总数为4+2+6×3=24，每个O原子有2对孤电子对未参与成键，所以单电子数=24-2×3-4×3=6，所以CO32-为4原子、6电子形成的大π键，表示为；

(6)①根据均摊法，石墨烯中每个C原子被3个六元环共有，则每个六元环占有的C原子数为=2；

②每个C原子周围形成4个共价键，可以组合6个角，每个角延伸为两个六元环，因此每个C原子连接有2×6= 12个六元环；根据几何知识，六元环中最多有4个C原子共面，如图所示。