Question

碳元素在无机物和有机物中均充当了重要的角色，请回答下列问题：

（1）基态碳原子的价层电子排布图（轨道表达式）为__，其电子占据的能量最高的原子轨道的形状为__；C、N、O三种元素第一电离能最大的是__。

（2）有机物中碳原子的轨道杂化类型为__，分子中两种碳碳单键长的大小关系为①__②（填“>”、“<”或“=”）。

（3）和均可以形成氢键，则沸点较高的是__，原因是__。

（4）石墨的结构及晶胞如图一所示，则石墨的密度为__g·cm^-3（用含a、d、N_A的表达式表示）。A的原子坐标为（、、0），则B的原子坐标为__。

（5）石墨能与熔融的金属K作用，形成一种青铜色的化合物C_xK，如图二所示，则x=__。

Answer

哑铃形 N sp2、sp3 > 形成的为分子内氢键，而形成的为分子间氢键 (、、) 8

【解析】

根据碳原子的价电子排布式写出排布图，判断电子占据的能量最高的原子轨道的形状；利用电离能的变化规律判断C、N、O三种元素第一电离能的相对大小；结合碳原子的价层电子对数目确定杂化轨道方式；分子间氢键强于分子内氢键；结合晶胞结构，采用均摊法确定晶胞的化学式。

(1)基态碳原子的价层电子排布式为2s22p2，则层电子排布图为，电子占据的能量最高的原子轨道为2p，其形状为哑铃形；C、N、O三种元素为同周期主族元素，第一电离能随核电荷数递增呈增大趋势，但N原子的2p轨道为半充满结构，相对稳定，不易失电子，其第一电离能大于O原子，则C、N、O三种元素第一电离能最大的是N；

(2)有机物中甲基碳原子价层电子对数为4，则为sp3杂化，而碳碳双键上碳原子，价层电子对数目为3，无孤对电子，则为sp2杂化；碳碳单键②介于两个碳双键间，易形成共轭大π键，则碳碳单键①的键长大于碳碳单键②的键长；

(3)主要形成分子内氢键，而主要形成分子间氢键，其中分子间氢键的作用力明显大于分子间氢键，则的沸点比高；

(4)石墨晶胞底边长为acm，则底面积为acm×acm×sin60°，层间距为d cm，晶胞高为d cm，则晶胞体积= acm×acm×sin60°×2dcm，晶胞中碳原子数目=1+8×+4×+2×=4，晶胞质量=g，密度==g/cm3；x轴、y轴的角平分线与z轴构成的平面将晶胞平分为2个三棱柱，B位于三棱柱的中心，B、C距离等于晶胞底面菱形长对角线长度的， A位于三棱柱底面的中心，则由A的原子坐标为(、、0)可知，则B的原子坐标为(、、)；

(5)石墨能与熔融的金属K作用，形成一种青铜色的化合物CxK，由图二可知，正六边形中K原子数目为6+1=3，碳原子位于正六边形的内部，共有24个，则x==8。