Question

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

 

．
（2）在CO₂分子中，碳原子采用

 

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

 

．
（4）碳和氮在周期表是相鄰元素，氮的氫化物（NH₃）在水中的溶解能力遠遠大于碳的氫化物（CH₄），原因是

 

．
（5）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）．在CaC₂晶體中離C₂^2-最近的Ca ²⁺的數目是

 

．CaC₂中C₂^2-與O₂²⁺互為等電子體，O₂²⁺的電子式可表示為

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學鍵與晶體結構

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）氫鍵的存在導致氫化物溶解性增大；
（5）CaC₂晶體中啞鈴C₂^2-的存在，使晶胞沿一個方向拉長，所以CaC₂晶體中離C₂^2-最近的Ca ²⁺的數目是4；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．

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）氨氣分子和水分子之間能形成氫鍵，甲烷和水分子之間不能形成氫鍵，氫鍵的存在導致氫化物溶解性增大，所以氨氣溶解性大于甲烷，故答案為：氨氣分子和水分子之間能形成氫鍵，甲烷和水分子之間不能形成氫鍵；
（5）CaC₂晶體中啞鈴C₂^2-的存在，使晶胞沿一個方向拉長，所以CaC₂晶體中離C₂^2-最近的Ca ²⁺的數目是4；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，故答案為：4；．

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，注意（5）中的計算，因為該晶胞不是正方體而使長方體，導致離C₂^2-最近的Ca ²⁺的數目是4而不是6，為易錯點．