Question

[化学——选修3：物质结构与性质]碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：

（1）处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布可用___________形象化描述。在基态原子中，核外存在______对自旋相反的电子。

（2）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是_____________。

（3）CS₂分子中，共价键的类型有_____________，C原子的杂化轨道类型是_______，写出两个与CS₂具有相同空间构型和键合形式的分子或离子_______________。

（4）CO能与金属Fe形成Fe(CO)₅，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于_____晶体。

碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

①在石墨烯晶体中，每个C原子连接_____个六元环，每个六元环占有___个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

Answer

电子云 2 C有4个价电子且半径较小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构 σ键和π键 sp CO2、SCN- 分子 3 2 12 4

【解析】

（1）电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外出现的概率密度分布的形象化的描述；C原子的核外有6个电子，电子排布为1s22s22p2，其中1s、2s上的2对电子的自旋方向相反，而2p轨道的电子的自旋方向相同；

（2）在原子结构中，最外层电子小于4个的原子易失去电子，而C原子的最外层是4个电子，且C原子的半径较小，则难以通过得或失电子达到稳定结构，所以主要通过共用电子对即形成共价键的方式来达到稳定结构；

（3）CS2分子中，C与S原子形成双键，每个双键都是含有1个σ键和1个π键，分子空间构型为直线型，则含有的共价键类型为σ键和π键；C原子的最外层形成2个σ键，无孤对电子，所以为sp杂化；O与S同主族，所以与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子为CO2；与二氧化碳互为等电子体的离子有SCN-，所以SCN-的空间构型与键合方式与CS2相同；

（4）该化合物熔点为253K，沸点为376K，说明熔沸点较低，所以为分子晶体；

（5）根据均摊法来计算。①石墨烯晶体中，每个C原子被3个6元环共有，每个六元环占有的C原子数是6×= 2；

② 每个C原子周围形成4个共价键，可以组合六个角，每个角延伸为两个六元环，因此每个碳原子连接有2×6=12个六元环；

单键构成的六元环，有船式和椅式两种构象。船式构象的船底四个原子是共面的；椅式构象中座板部分的四个原子是共面的，所以六元环中最多有4个C原子共面。