Question

1．煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等都含有碳元素．请回答下列问题：
（1）COCl₂俗称光气，分子中C原子采取sp²杂化成键，应用价层电子对互斥理论，预测COCl₂ 分子的空间构型为平面三角形．
（2）二茂铁（C₅H₅）2Fe是Fe²⁺与环戊二烯基形成的一类配合物，实验室测定铁的含量：可用配位剂邻二氮菲（），它能与Fe²⁺形成红色配合物（如图甲），该配离子中Fe²⁺与氮原子形成配位键共有6个．

（3）普鲁士蓝可用作燃料，立方体结构如图24乙所示．普鲁士蓝中，n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6．
（4）CaC₂晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似（如图丙）．
①纳米TiO₂是一种应用广泛的催化剂，纳米TiO₂催化的一个实例如图，

甲中采取sp²杂化的碳原子有7个，乙中各元素的电负性由大到小的顺序为O＞N＞C＞H．
②CaC₂中C₂^2-与O₂²⁺互为等电子体，O₂²⁺的电子式可表示为，其中σ键与π键数目之比为1：2．
③该晶胞中Ca²⁺、C₂^2-之间的最近距离为a pm，则该CaC₂的密度为$\frac{\frac{64}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³（N_A为阿伏加德罗常数，只列计算式），该晶体中与C₂^2-距离相等且最近的C₂^2-有12个．
④X-射线表明KCl、CaO与NaCl晶体结构相似，三种离子晶体熔点由高到低的顺序为CaO＞NaCl＞KCl．

Answer 1

分析 （1）C原子价层电子对个数是3且不含孤电子对；
（2）Fe原子和N原子之间形成配位键；
（3）利用均摊法计算以及电荷守恒计算；
（4）①C原子价层电子对个数为3且不含孤电子对的采用sp²杂化，元素的非金属性越强，其电负性越大；
②等电子体的结构相似，故O₂²⁺的电子式与C₂^2-的电子式相似，该离子中含有1个σ键、2个π键；
③该晶胞中钙离子个数=1+12×$\frac{1}{4}$=4、C₂^2-离子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Ca²⁺、C₂^2-之间的最近距离为a pm=a×
10^-10 cm，则该晶胞体积=（2a×10^-10 cm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$，该晶胞中与C₂^2-距离相等且最近的C₂^2-个数=3×8÷2；
④这几种晶体都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比．

解答 解：（1）C原子价层电子对个数是3且不含孤电子对，所以其空间构型为平面三角形，故答案为：平面三角形；
（2）Fe原子和N原子之间形成配位键，该配合物中含有6个N原子，所以有6个配位键，故答案为：6；
（3）Fe³⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；Fe²⁺离子的个数为：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；CN^一离子的个数为：12×$\frac{1}{4}$=3，
根据电荷守恒：N（K⁺）+N（Fe³⁺）×3+N（Fe²⁺）×2=N（CN^一），得N（K⁺）=$\frac{1}{2}$，
普鲁士蓝中 n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^一）=1：1：1：6，
故答案为：1：1：1：6；
（4）①C原子价层电子对个数为3且不含孤电子对的采用sp²杂化，苯环上C原子和连接羰基的碳原子都采用sp²杂化，
元素的非金属性越强，其电负性越大，所以这几种元素电负性大小顺序是O＞N＞C＞H，
故答案为：7；O＞N＞C＞H；
②根据等电子体的结构相似，则O₂²⁺的电子式 ，该离子中含有1个σ键、2个π键，所以σ键、π键个数之比为1：2，
故答案为：；1：2；
③该晶胞中钙离子个数=1+12×$\frac{1}{4}$=4、C₂^2-离子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Ca²⁺、C₂^2-之间的最近距离为a pm=a×
10^-10 cm，则该晶胞体积=（2a×10^-10 cm）³，晶胞密度=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{V}$=$\frac{\frac{64}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，该晶胞中与C₂^2-距离相等且最近的C₂^2-个数=3×8÷2=12，
故答案为：$\frac{\frac{64}{{N}_{A}}×4}{（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$；12；
④这几种晶体都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比，钙离子所带电荷大于钠离子、钾离子，氧离子所得电荷大于氯离子且半径小于氯离子，所以晶格能大小顺序是CaO＞NaCl＞KCl，则熔沸点大小顺序是CaO＞NaCl＞KCl，
故答案为：CaO＞NaCl＞KCl．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、熔沸点高低比较、原子杂化方式判断、微粒空间构型判断等知识点，侧重考查学生分析判断、计算及空间想象能力，难点是配位数的计算方法及等电子体电子式的书写，题目难度中等．