Question

（1）德国和美国科学家首先制出由20个碳原子组成的 空心笼状分子C₂0，该笼状结构是由许多正五边形构成 （如图所示）．请回答：C₂0分子共有

 

个正五边形，共有

 

条棱边，C₂0晶体属于

 

 （填晶体类型）．
（2）氯化铬酰（CrO₂Cl₂）在有机合成中可作氧化剂或氯化剂，能与许多有机物反应．写出铬原子的基态的核外电子排布式

 

，根据价电子构型铬位于周期表中的

 

区．CrO₂Cl₂常温下为深红色液体，能与CCl₄、CS₂等互溶，据此可判断CrO₂Cl₂是

 

（填“极性”或“非极性”）分子．
（3）某些含氧的有机物也可形成氢键，例如的沸点比高，其原因是

 

．
（4）H⁺可与H₂O形成H₃O⁺，H₃O+中O原子采用

 

杂化．H₃O⁺中H-O-H键角比H₂O中H-O-H键角大，原因为

 

．
（5）碳纳米管由单层或多层石墨卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过

 

杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠

 

结合在一起．

Answer 1

考点：原子核外电子排布,极性分子和非极性分子,原子轨道杂化方式及杂化类型判断,氢键的存在对物质性质的影响

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）利用均摊法分析晶体结构，每个碳原子被3个正五边形共用，所以每个正五边形中含有5×

1

3

个，根据原子守恒计算五边形个数；
（2）Cr的原子序数为24，根据能量最低原理书写基态原子的电子排布式；，电子最后填入的能级是d能级的元素属于d区元素，包括ⅢB～ⅦB及Ⅷ族；根据相似相溶判断分子的极性；
（3）根据氢键对物理性质的影响分析，同类物质分子内氢键熔点低于分子间氢键；
（4）先确定VSEPR模型，然后在确定中心原子的杂化轨道类型；一般来说，相互之间排斥力的大小为：孤电子对间的排斥力＞孤电子对与成键电子对间的排斥力＞成键电子对间的排斥力；
（5）石墨是层状结构的，每层每个C原子与周围的三个碳原子成σ键，键角为120°（这些都是实验数据得出的），根据价层电子对互斥理论分析；

解答： 解；（1）设C₂₀分子中含x个正五边形，通过观察图形可知，每一个顶点为三个正五边形共用，则每个正五边形占有该顶点的

1

3

，因此，每个正五边形占有碳原子数为5×

1

3

个，这个基本结构单元的碳原子数为x×5×

1

3

=20，因此，C₂₀分子中含有正五边形个数x=12；每一条边为两个正五边形共用，每个正五边形只占有这条边的

1

2

，故C-C键的数目为12×5×

1

2

=30个，即C₂₀分子中共有30条棱边，由分子构成，为分子晶体，
故答案为：12；30；分子晶体；
（2）Cr的原子序数为24，根据能量最低原理可知基态原子的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，属于d区元素；CCl₄、CS₂等为非极性分子，CrO₂Cl₂能与CCl₄、CS₂等互溶，根据相似相溶可知，CrO₂Cl₂为非极性分子，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；d；非极性；
（3）邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，所以邻羟基苯甲醛的熔点低于对羟基苯甲醛，
故答案为：邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键，对羟基苯甲醛能形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大；
（4）H₃O⁺价层电子对模型为四面体，氧原子采取sp³杂化．
H₂O中O原子有两对孤对电子，H₃O⁺中O原子有一对孤对电子，因为孤电子对间的排斥力＞孤电子对与成键电子对间的排斥力＞成键电子对间的排斥力，导致H₃O⁺中H-O-H键角比H₂O中H-O-H键角大．
故答案为：sp³；H₂O中O原子有两对孤对电子，H₃O⁺中O原子有一对孤对电子，排斥力较小；
（5）石墨每个碳原子用sp²杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2P轨道，并含有一个未成对电子，这些平面网状结构再以范德华力结合形成层状结构．因碳纳米管结构与石墨类似，
故答案为：sp² ；范德华力．

点评：本题考查较为综合，涉及电子排布式、晶胞的计算、分子的极性、杂化类型等知识，解答时注意利用均摊法结合数学知识分析晶体的结构．题目难度中等，学生在学习过程中重点在于能利用模型解决问题，侧重于方法．