Question

【题目】碳是形成单质和化合物最多的元素，其单质及化合物有独特的性质和用途。请回答下列问题。

(1)C原子的价电子轨道表达式为______________________。

(2)碳元素是组成有机物必不可少的元素。1828年，化学家维勒首次用加热的方法将无机物氰酸铵[NH4(OCN)]转化为有机物尿素，开启了人造有机物的大门。氰酸铵中阳离子的立体构型是___________。有机物M()在一定条件下生成N()

①沸点：M___________N(填“大于”或“小于”)。

②M中碳原子的杂化类型为___________，不同杂化类型的碳原子数之比为___________。

(3)碳的有机物常作为金属有机化合物的配体，如EDTA(乙二胺四乙酸)。EDTA与Ca2+形成的配离子如图所示。该配离子的配位数是___________，配体中碳原子的杂化方式有_________。

(4)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图所示，图中用实线标出了石墨的一个六方晶胞。

①石墨中C原子上未参与杂化的所有p轨道相互平行且重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动而导电。六方氮化硼(BN)与石墨晶体结构类似，硼原子和氮原子交替相连，而六方BN却无法导电，其原因是___________。

②晶胞有两个基本要素：石墨一种晶胞结构和部分晶胞参数如图。

a.原子坐标参数描述的是晶胞内原子间的相对位置。石墨晶胞中碳原子A、B的坐标参数分别为A(0，0，0)、B（0，1，)，则C原子的坐标参数为___________。

b. 晶胞参数用以描述晶胞的大小和形状。已知石墨晶胞底边长为acm，层间距为 d cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则石墨的密度为___________g·cm－3(写出表达式即可)

Answer 1

【答案】 正四面体 小于 sp2、sp3杂化 7︰2 6 sp2和sp3杂化 氮的电负性较大，相互平行且重叠p轨道（或大兀键）上的电子在很大程度上被定域在氮的周围，不能自由流动

【解析】

（1）碳原子价电子排布式为2s22p2；

(2) 氰酸铵中阳离子为NH4+离子；

①对结构相似的有机物，其分子量越大沸点就越高；

②M中含有C-C、苯环以及C=O；

（3）由图可知，EDTA与Ca2+形成的配离子中为Ca2+中心离子，EDTA中N、O原子与Ca2+之间形成配位键；EDTA中含有饱和碳原子和—COO—；

（4）①由于N和B的电负性相差较大；

②a.由B点坐标可得，a=1，d=1/2，所以C点坐标为（1，1，1/2）；

b. 由石墨的晶胞结构得晶胞中C原子的数量为1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,晶胞体积为2d×a×a×sin60°=。

（1）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，故答案为：；

(2) 氰酸铵中阳离子为NH4+离子，NH4+离子中N原子价层电子对数为4，孤对电子数为0，故空间构型为正四面体形，故答案为：正四面体；

①对结构相似的有机物，其分子量越大沸点就越高，所以沸点M小于N，故答案为：小于；

②因为M中含有C-C、苯环以及—COO—，所以M中C原子的杂化方式为sp2、sp3杂化，两种杂化方式的碳原子比例为：（6+1）:2=7:2，故答案为：sp2和sp3杂化；7:2；

（3）由图可知，EDTA与Ca2+形成的配离子中为Ca2+中心离子，EDTA中N、O原子与Ca2+之间形成配位键，Ca2+的配位数为6；EDTA中含有饱和碳原子和—COO—，故C原子的杂化方式为sp2、sp3杂化，故答案为：6；sp2和sp3杂化；

（4）①由于N和B的电负性相差较大，在六方氮化硼晶体中相互平行且重叠p轨道（或大兀键）上的电子在很大程度上被定域在N原子的周围，不能自由流动，故不能导电，故答案为：氮的电负性较大，相互平行且重叠p轨道（或大兀键）上的电子在很大程度上被定域在氮的周围，不能自由流动；

②a.由B点坐标可得，a=1，d=1/2，所以C点坐标为（1，1，1/2），故答案为：（1，1，1/2）；

b. 由石墨的晶胞结构得晶胞中C原子的数量为1+2×1/2+8×1/8+4×1/4=4,晶胞体积为2d×a×a×sin60°=，则石墨的密度为，故答案为：。