Question

[化学—选修3：物质结构与性质]

已知X和Y均为短周期元素，其原子的第一至第五电离能如下表所示：

电离能（kJ/mol）	I1	I2	I3	I4	I5
X	801	2427	3660	25026	32827
Y	577.5	1816.7	2744.8	11577	14842

根据上述信息：

①X和氯元素形成的简单分子的空间构型为         。

②Y的基态原子的核外电子排布式为         ，若Y和氯元素形成的分子的相对分子质量为267，请在下列方框中写出该分子的结构式（若存在配位键，用“→”表示）

（2）碳元素可以形成多种单质及化合物：

①C₆₀的结构如图1。C₆₀中的碳原子的杂化轨道类型是         ；

解释：②金刚石中的C-C的键长大于C₆₀中C-C的键长的原因是         ；

③金刚石的熔点高于C₆₀的原因是         ；

（3）如图2是钾的石墨插层化合物的晶胞图（图中大球表示K原子，小球表示C原子），如图3是晶胞沿右侧方向的投影．

①该化合物的化学式是                   ；

②K层与C层之间的作用力是                             ；

③K层中K原子之间的最近距离是C-C键的键长d_C-C的                倍

（4）SiC的晶胞与金刚石的晶胞相似，设碳原子的直径为a cm，硅原子的直径为b cm，则晶胞的边长为              cm（用含a、b的式子表示）。

Answer

（1）① 平面正三角形。② 1s22s22p63s3，

（2）① sp2杂化；② 金刚石中的C—C键为单键，而C60中每个碳原子都以sp2的形式杂化，其2p轨道上还有一个单电子轨道垂直于sp2杂化轨道的平面，相互之间肩并肩重合形成π键，故金刚石中的C-C的键长大于C60中C-C的键长；③ C60是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，金刚石是原子晶体，融化时平破坏的是共价键。

（3）① C8K；② 离子键；③ 2；

（4） 。

【解析】

试题分析：

（1）X和Y均为短周期元素，其原子的第一至第五电离能，原子多于5个电子。又由于X、Y都是I4远大于I3，说明最外层都是3个电子。X、Y元素的原子的I1，X大于Y的，故X是B，Y是Al。①X（B）和氯元素形成的简单分子BCl3的中心原子B原子的价层电子无孤电子对，所以其空间构型为平面正三角形；② Y（Al）的基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s3，Y和氯元素形成的分子的相对分子质量为267，其分子是Al2Cl6，Al原子3p有3个单电子，与3个Cl原子形成共价键，还有1个空轨道，可以接收Cl原子提供的孤对电子形成配位键，故其结构式是。

（2）①C60中的每一个碳原子都与3个相邻的碳原子以共价键相结合，故碳原子轨道以 sp2的形式杂化；

②金刚石中的C-C键为单键，而C60中的每个碳原子都以sp2的形式杂化，其2p轨道上还有一个单电子轨道垂直于sp2杂化轨道的平面，相互之间肩并肩重合形成π键，故金刚石中的C-C的键长大于C60中C-C的键长；

③C60是分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，金刚石是原子晶体，熔化时破坏的是共价键。

（3）①根据均摊法：晶胞中的原子数目分别为K：4×（顶角）＋4×（面上）＋5（体心）=1+2+5=8，C：4×[8×（面上）＋12（体心）]=4×16=64。原子数目这比K：C=8：64=1：8，故该化合物的化学式是C8K；②K属于活泼金属元素，C为非金属元素，二者之间的作用力为离子键；③设晶胞沿右侧方向的投影的边长是2a，宽为a，则K层中K原子之间的最近距离为a，正六边形的内角为120℃，则4dC-C·cos30°=a，故a=2dC-C；

（4）碳化硅的晶胞与金刚石的晶胞相似（如图），碳原子与硅原子最近距离为晶体体对角线的，若晶胞的边长为lcm，则晶体体对角线为lcm=4×（+），故l=。

考点：考查杂化轨道理论，分子空间构型，晶体计算等。