Question

碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：

(1)基态碳原子核外有________种能量不同的电子， 其核外电子运动状态由_____ 种因素决定。

(2)CH₄分子间不能形成氢键， 主要原因是CH₄ 分子中的碳原子不含孤对电子、_____ 、 _____________。

(3)碳酸的非羟基氧的个数和磷酸的非羟基氧的个数都是1,    从结构上分析，它们的强度 相近，均为中强酸。然而事实上二氧化碳水溶液的酸性却很弱，原因是__________。

(4)乙二胺(H₂NCH₂CH₂NH₂)是 一种有机化合物， N  原子的杂化轨道类型为______，乙二胺通过配位键能与Cu²⁺ 形成稳定的环状配离子，其结构可表示为__________。

(5)金刚石是碳的一种同素异形体，属于_______ 晶体。已知金属钠的晶胞（体心立方堆积）沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A    所示，则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是下图 ___________（从 A~D 图中选填）．

若碳原子半径为r ,金刚石晶胞中碳原子的空间占有率为_____________（ 用含π 的代数.式表示）．

Answer

3 4 电负性较小 原子半径较大 溶于水的二氧化碳分子只有部分与水结合成碳酸（合理即可） sp3 原子 D

【解析】

(1)同一能级中的电子能量相同，不同能级中电子能量不同；

(2)根据氢键的形成条件及本质分析解答；

(3)根据酸的分子结构及二氧化碳在水中的溶解度分析解答；

(4) 根据价层电子对互斥模型分析解答；根据配位键的形成原理分析配位离子的结构；

(5)根据物质的熔沸点、硬度等物理性质判断晶体类型；根据晶胞的空间结构分析解答。

(1)碳原子核外有6个电子，核外电子排布式为1s22s22p2，有1s、2s、2p 3个能级，故核外有3种能量不同的电子；其核外电子运动状态由4种因素决定，分别为：a.电子层（主量子数n）；b.电子亚层和电子云的形状（副量子数或角量子数l）；c.电子云的伸展方向（磁量子数m）；d.电子的自旋（自旋量子数ms）；

故答案为：3；4；

(2)形成氢键的条件有：1.存在与电负性很大的原子A形成强极性键的氢原子；2.存在较小半径、较大电负性、含孤对电子、带有部分负电荷的原子B (F、O、N)；CH4分子间不能形成氢键， 主要原因是CH4 分子中的碳原子不含孤对电子、电负性较小、原子半径较大；

故答案为：电负性较小；原子半径较大；

(3)二氧化碳水溶液的酸性却很弱，原因是溶于水的二氧化碳分子只有部分与水结合成碳酸；

故答案为：溶于水的二氧化碳分子只有部分与水结合成碳酸（合理即可）；

(4)乙二胺中N原子的杂化轨道类型与NH3相同，根据价层电子对互斥模型分析，中心原子N的价层电子对数为，则轨道杂化类型为sp3；乙二胺通过配位键能与Cu2+ 形成稳定的环状配离子，Cu2+的配位数为4，则其结构可表示为；

故答案为：sp3；；

(5)金刚石熔点高、硬度大，属于原子晶体；金刚石结构类似甲烷空间构型的正四面体结构，沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应为规则的正六边形，结合其晶胞图可知应是图D；金刚石晶胞如图，该晶胞中C原子个数4+8×+6×=8，金刚石体对角线上的四个原子紧密相连，晶胞棱长a=，晶胞体积=a3=，所有原子体积=，空间占有率=；

故答案为：原子；D；。