Question

【题目】碳及其化合物在研究和生产中有许多重要用途．请回答下列问题：

（1）基态碳原子核外电子有__种空间运动状态，其价电子排布图为__．

（2）光气的分子式为COCl2，又称碳酰氯，是一种重要的含碳化合物，判断其分子立体构型为__，其碳原子杂化轨道类型为_____杂化．

（3）碳酸盐在一定温度下会发生分解，实验证明碳酸盐的阳离子不同，分解温度不同，如下表所示：

碳酸盐	MgCO3	CaCO3	BaCO3	SrCO3
热分解温度/℃	402	900	1172	1360
阳离子半径/pm	66	99	112	135

试解释为什么随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高？。 ______________

（4）碳的一种同素异形体﹣﹣C60，又名足球烯，是一种高度对称的球碳分子．立方烷（分子式：C8H8结构是立方体：是比C60约早20年合成出的一种对称型烃类分子，而现如今已合成出一种立方烷与C60的复合型分子晶体，该晶体的晶胞结构如图所示，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间八面体空隙中．则该复合型分子晶体的组成用二者的分子式可表示为__。

（5）碳的另一种同素异形体——石墨，其晶体结构如图所示，则石墨晶胞含碳原子个数为__个．已知石墨的密度为ρg·cm﹣3，C﹣C键长为rcm，阿伏加德罗常数的值为NA，计算石墨晶体的层间距为__cm．

（6）金刚石和石墨的物理性质差异很大，其中：熔点较高的是___________，试从结构分析___________；硬度大的是___________，其结构原因是___________。

Answer 1

【答案】 6 平面三角形 sp2 碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，金属氧化物的晶格能越大，对应的碳酸盐就越容易分解 C8H8·C60 4 石墨 石墨为混合型晶体，金刚石为原子晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高 金刚石 石墨硬度取决于分子间作用力，而金刚石取决于碳碳共价键

【解析】（1）碳原子核外有6个电子，原子核外没有运动状态相同的电子，因此有6种运动状态不同的电子，碳原子价电子排布式为2s22p2，根据泡利原理与洪特规，价电子排布图为；（2）光气的分子式为COCl2，其分子中C原子形成3个σ键，没有孤对电子，空间结构为平面三角形，杂化轨道数目为3，C原子采取sp2杂化；（3）碳酸盐分解实际过程是晶体中阳离子结合碳酸根离子中氧离子，使碳酸根离子分解为二氧化碳的过程，阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，金属氧化物的晶格能越大，对应的碳酸盐就越容易分解，因此随着阳离子半径的增大，碳酸盐的分解温度逐步升高；（4）晶胞中C60数目为8×1/8+6×1/2=4，立方烷分子填充在原C60晶体的分子间空隙中，晶胞中立方烷数目为4，则化学式为C8H8·C60。（5）由图可知石墨的晶胞结构为，设晶胞的底边长为acm，晶胞的高为h cm，层间距为d cm，则h=2d，底面图为，则a/2=r×sin60°，可得a=，则底面面积为（）2×Sin60°，晶胞中C原子数目为1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4，晶胞质量为4×12/NAg，则：ρg·cm-3=(4×12/NA)g÷[（）2×Sin60°×2d]cm3，整理可得cm。（6）石墨为混合型晶体，金刚石为原子晶体，二者熔点均取决于碳碳共价键，前者键长短，则熔点高。石墨硬度取决于分子间作用力，而金刚石取决于碳碳共价键，所以硬度大的是金刚石。