Question

【题目】组成生命的最基本元素之一是碳，其单质及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）基态碳原子价电子原子轨道表示式为________，其核外有________种空间运动状态的电子.

（2） 有机物中都含有碳原子，这和碳原子电子云的成键特点有关，试解释有机物种类繁多的原因________ 。

（3） 比较下列碳酸盐在一定温度下会发生分解的温度和对应的阳离子半径，分析其变化规律及原因_____________。

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

（4）1828 年，德国化学家乌勒(F·Wohler)冲破了生命力学说的束缚，在实验室里将无机物氰酸铵(NH4CNO)溶液蒸发，得到了有机物尿素[CO(NH2)2]。尿素中C、N、O第一电离能大小顺序为____________。

（5） 碳的同素异形体有多种，其中一种为石墨，系平面层状结构。同一层内每个碳原子与其它三个碳原子以C -C 键相连构成平面正六边形，且层间可以滑动，它的结构如图所示。其中碳原子的杂化方式为_______，层间存在的作用力为__________。

（6）石墨晶体二维结构的特殊性。

①同一层面内的平面六元并环结构(见上图)。在含lmolC原子的石墨中，有_____个平面正六边形。

②已知石墨层间距为335pm，C-C键长为142pm，其密度______g/cm3(已知：lpm=10-10cm。列出计算式即可)

Answer 1

【答案】 6 碳原子间的价电子可以通过sp3 sp2 sp等形成共用电子对，构成长的碳链、碳环，以及碳碳单键、双键、三键，而且还存在同分异构现象 因为碳酸盐的分解过程实际上是晶体中阳离子结合CO32-中的氧离子，使CO32-分解为CO2的过程，所以当阳离子所带电荷相同时，阳离子半径越小，其结合氧离子能力就越强，对应的碳酸盐就越容易分解 N＞O＞C sp2 分子间作用力 0.5NA

【解析】（1）轨道表示式是用方框和箭头表明核外电子排布的式子，碳原子价电子排布式为2s22p2，根据能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则，其价电子原子轨道表示式为；碳原子核外有6个电子，原子核外不存在运动状态完全相同的电子，所以其核外有6种空间运动状态的电子。

（2）有机物中都含有碳原子，碳原子间的价电子可以通过sp3、sp2、sp等形成共用电子对，即形成碳碳单键、碳碳双键、碳碳叁键，可以构成长的碳链、碳环，而且还存在同分异构现象，这些都是有机物种类繁多的原因。

（3）由表中数据可看出：碳酸盐中阳离子半径越小，就越容易分解，因为碳酸盐分解过程实际是晶体中阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，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，其结合氧离子能力越强，对应的碳酸盐就越容易分解。

（4）同周期从左到右随着原子序数的增大第一电离能呈增大趋势，但是N元素原子的2p能级有3个电子，为半充满稳定状态，能量降低，失去电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N＞O＞C。

（5）石墨是平面层状结构，每层每个碳原子与周围的三个碳原子成σ键，键角为120°，根据价层电子对互斥理论，石墨中的碳以sp2的方式进行杂化；石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力(即分子间作用力)结合起来的。

（6）①由图可得，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法计算，每个六元环含有碳原子个数=×6=2，则在含lmolC原子的石墨中，有0.5NA个平面正六边形。②对于任一层石墨中的一个六元环，正六边形环的边长是142pm，将正六边形的六个顶点与正六边形的中心连线，分成6个边长为142pm的正三角形，所以正六边形的面积S=6××142×142×sin600pm2=3×1422×sin600 pm2；石墨的层间距为335pm，可以认为一层石墨的厚度是335pm，那么一个六元环的体积V=3×1422×sin600×335 pm3=3×1422×sin600×335×10-30 cm3；又根据前面利用均摊法计算，每个六元环含有2个C原子，所以一个六元环的质量m==g，因此，石墨的密度ρ=m/V=g÷(3×1422×sin600×335×10-30) cm3=g/cm3。