Question

【化学、选修3--物质结构和性质】（15分）

I．如图为20个碳原子组成的空心笼状分子C₂₀，该笼状结构是由许多正五边形构成如图。

①C₂₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；

②多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数＋面数-棱边数＝2,

请回答：

C₂₀分子共有________个正五边形，共有________条棱边。

II．A、B、C是短周期非金属元素，核电荷数依次增大。A原子外围电子排布为ns²np²，C是地壳中含量最多的元素。D元素的核电荷数为29。

请用对应的元素符号或化学式填空：

（1）A、B、C的第一电离能由小到大的顺序为________。

（2）分子(AB)₂中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，每个原子最外层电子数均满足八电子，其结构式为_______，1 mol该分子中含有π键的数目为______。该分子中碳原子的杂化轨道类型是_______，该分子属于________分子(填“极性”或“非极性”)。

（3）基态D原子的电子排布式为________________。

Answer

I．12 30

II．（1）C＜O＜N

（2）N≡C-C≡N 4NA(或2.408×1024) sp（1分） 非极性

（3）1s22s22p63s23p63d104s1 （未标明的每空2分，共15分）

【解析】

试题分析：I、每个正五边形中有5个C原子，每个C原子被3个正五边形共有，设该分子中正五边形的个数是n，所以C20分子中的正五边形的个数是5×1/3×n=20，所以n=12；每个正五边形有5个边，每个边被2个正五边形共有，所以该分子中的边数是12×5×1/2=30；

II、C是地壳中含量最多的元素，则C是O元素。A原子外围电子排布为ns2np2，A的原子序数小于O，则A是C元素；所以B是N元素；D元素的核电荷数为29，则D是Cu元素。

（1）C、N、O属于同周期元素，随原子序数的增加，第一电离能增大，N原子的2p为半充满的稳定状态，所以比相邻元素的第一电离能都大，则第一电离能的大小顺序是C＜O＜N；

（2） 分子(AB)2中键与键之间的夹角为180°，并有对称性，为直线型分子，每个原子最外层电子数均满足八电子，C原子的最外层是4个电子，N原子的最外层是5个电子，所以为达到8电子结构，则N与C原子乙三键结合，同时C与C原子以单键结合，所以(CN)2的结构式是N≡C-C≡N ；单键都是σ键三键中有2个是π键，所以1mol该物质中有4molπ键，则π键数目是4NA(或2.408×1024)；C原子周围无孤对电子，有2个σ键，所以C原子的杂化方式是sp；该分子为对称分子，所以是非极性分子；

（3）Cu原子的核外有29个电子，根据电子的排布规律能量最低原理，则Cu的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1 。

考点：考查元素的推断，物质结构与性质的判断，均摊法的应用