Question

3．碳元素在自然界中分布很廣，在地殼中其豐富程度位列第14位，遠低于氧、硅、鋁、鐵等元素．但是，碳卻是存在形式最復雜的元素，如煤、石油、天然氣、動植物體、石灰石、白云石、二氧化碳等．
請回答下列問題：
（1）基態碳原子的電子排布式為1s²2s²2p²．
（2）在CO₂分子中，碳原子采用sp雜化軌道與氧原子成鍵．
（3）COCl₂俗稱光氣，分子中C原子采取sp²雜化成鍵，應用價層電子對互斥理論，預測COCl₂分子的空間構型為平面三角形．
（4）二茂鐵（C₅H₅）₂Fe是Fe²⁺與環戊二烯基形成的一類配合物，實驗室測定鐵的含量：可用配位劑鄰二氮菲（），它能與Fe²⁺形成紅色配合物（如圖1），該配離子中Fe²⁺與氮原子形成配位鍵共有6個．
（5）普魯士藍可用作染料，它的結構如圖2所示．普魯士藍中，n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^-）=1：1：1：6．
（6）CaC₂晶體的晶胞結構與NaCl晶體相似，但CaC₂晶體中啞鈴C₂^2-的存在，使晶胞沿一個方向拉長（如圖3）．CaC₂中C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，O₂²⁺的電子式可表示為．已知CaC₂晶體密度為ag•cm^-3，N_A表示阿伏加德羅常數，則CaC₂晶胞體積為$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³．

Answer 1

分析 （1）基態C原子核外有6個電子，根據構造原理書寫其基態原子核外電子排布式；
（2）根據價層電子對互斥理論確定C原子雜化方式；
（3）C原子價層電子對個數是3且不含孤電子對，據此判斷其空間構型；
（4）根據圖1分析，Fe與N原子之間的鍵為配位鍵；
（5）利用均攤法計算以及電荷守恒來分析；
（6）等電子體結構和性質相似，根據C₂^2-的結構書寫O₂²⁺的電子式；利用均攤法計算出晶胞中含有CaC₂的數目，再根據V=$\frac{m}{ρ}$計算．

解答 解：（1）基態C原子核外有6個電子，根據構造原理知C元素基態原子核外電子排布式為1s²2s²2p²，
故答案為：1s²2s²2p²；
（2）二氧化碳分子中C原子價層電子對個數是2且不含孤電子對，所以C原子采用sp雜化，故答案為：sp；
（3）C原子價層電子對個數是3且不含孤電子對，所以其空間構型為平面三角形，故答案為：平面三角形；
（4）Fe與N原子之間的鍵為配位鍵，由圖1可知，該配離子中Fe²⁺與氮原子形成配位鍵共有6個，故答案為：6；
（5）Fe³⁺離子的個數為：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；Fe²⁺離子的個數為：4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；CN^一離子的個數為：12×$\frac{1}{4}$=3，
根據電荷守恒：N（K⁺）+N（Fe³⁺）×3+N（Fe²⁺）×2=N（CN^一），得N（K⁺）=$\frac{1}{2}$，
普魯士藍中 n（K⁺）：n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（CN^一）=1：1：1：6，
故答案為：1：1：1：6；
（6）等電子體結構和性質相似，根據C₂^2-的結構知O₂²⁺的電子式為；CaC₂晶胞含有Ca²⁺數目為12×$\frac{1}{4}$+1=4，含有C₂^2-的數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則每個晶胞的質量為$\frac{4×64}{{N}_{A}}$g，晶胞的體積為V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{\frac{256}{{N}_{A}}}{{a}^{3}}$=$\frac{256}{a{N}_{A}}$cm³；
故答案為：；$\frac{256}{a{N}_{A}}$．

點評 本題考查物質結構和性質，涉及晶胞計算、核外電子排布式的書寫、微粒空間構型判斷、等電子體等知識點，根據等電子體特點、晶胞、價層電子對互斥理論等知識點分析解答即可，題目難度中等．