Question

4．碳的多樣性體現在碳單質的多樣性、含碳化合物的多樣性、碳及其化合物應用的多樣性等方面．
（1）乙烯分子中σ鍵與π鍵的數目之比為5：1．
（2）摻雜鉻的石墨鍍層是一種高硬度的自動潤滑劑，基態鉻原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹．
（3）石墨烯（如圖1）是目前科技研究的熱點，可看作將石墨的層狀結構一層一層地剝開得到的單層碳原子層晶體．理論上12g石墨烯中有$\frac{1}{2}$N_A個六元碳環．
（4）碳化硅（SiC）俗名“金剛砂”，有類似金剛石的結構和性質，其空間結構中碳硅原子相間排列，如圖2所示（其中●為碳原子，○為硅原子）．
①第一電離能大小比較：C＞Si（填“＞”、“＜”或“=”）．
②碳化硅晶體中，C-Si鍵的鍵角都是109°28′．
③若設該晶胞的邊長為apm，則碳化硅晶體的密度是$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3（只要求列算式，不必計算出數值．阿伏伽德羅常數的數值為N_A）．

Answer 1

分析 （1）乙烯中單鍵為σ鍵，雙鍵中一個是σ鍵、一個是π鍵；
（2）Cr是24號元素，其原子核外有24個電子，根據構造原理書寫基態Cr原子核外電子排布式；
（3）石墨烯中平均每個環上C原子個數=1×$\frac{1}{3}$×6=2，12g石墨中物質的量=$\frac{12g}{12g/mol}$=1mol，碳原子個數為N_A；
（4）①同一主族元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而減��；
②碳化硅中每個C原子和四個Si原子形成正四面體結構，其鍵角和甲烷鍵角相同；
③該晶胞中C原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個數為4，根據ρ=$\frac{m}{V}$計算其密度

解答 解：（1）乙烯中單鍵為σ鍵，雙鍵中一個是σ鍵、一個是π鍵，所以乙烯分子中σ鍵與π鍵的數目之比=5：1，
故答案為：5：1；
（2）Cr是24號元素，其原子核外有24個電子，根據構造原理知基態Cr原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹；
（3）石墨烯中平均每個環上C原子個數=1×$\frac{1}{3}$×6=2，12g石墨中物質的量=$\frac{12g}{12g/mol}$=1mol，碳原子個數為N_A，所以六元環個數為$\frac{1}{2}$N_A，
故答案為：$\frac{1}{2}$N_A；
（4）立體網狀結構的晶體為原子晶體，二氧化碳晶體中每個C原子連接4個O原子，價層電子對個數是4，所以C原子采用sp³雜化，故答案為：原子晶體；sp³；
（5）①同一主族元素，元素第一電離能隨著原子序數增大而減小，所以第一電離能C＞Si，故答案為：＞；
②碳化硅中每個C原子和四個Si原子形成正四面體結構，其鍵角和甲烷鍵角相同，所以其鍵角是，故答案為：109°28′；
③該晶胞中C原子個數=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，Si原子個數為4，晶胞邊長=a×10^-10cm，體積V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{40×4}{{N}_{A}}}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm³=$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$g•cm³，
故答案為：$\frac{160}{（a×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、原子雜化判斷、原子核外電子排布式的書寫等知識點，這些都是高考高頻點，知道構造原理、價層電子對互斥理論內涵，難點是晶胞計算，題目難度中等．