Question

ⅣA族的碳、硅等元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：

（1）在基态¹⁴C 原子中，核外存在__________对自旋相反的电子;CO₃^2- 离子的几何构型为__________。

（2）利用反应Cu₂Cl₂+C₂H₂+2NH₃→Cu₂C₂(乙炔亚铜，红色)+2NH₄Cl 可检验乙炔。乙炔分子中σ键与π键数目之比为__________，NH₄Cl 中含有的化学键类型有__________。

（3）“分子机器设计和合成”的研究对象之一为“分子开关”，“分子开关”与大环主体分子苯芳烃、杯芳烃等有关。

①右图为对叔丁基杯[4]芳烃，由4 个羟基构成杯底，羟基间的相互作用力是__________。对叔丁基杯[4]芳烃中碳原子的杂化方式有__________。

②杯芳烃可用于某些ⅢB族元素金属离子如₅₇La³⁺及₂₁Se²⁺ 的萃取，基态Se²⁺核外电子排布式为__________。

（4）硅、硒均能与氢元素形成气态氢化物，若“Si-H”中共用电子对偏向氢元素，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，则硒与硅的电负性相对大小为Se__________(填“>”或“<”)Si。

与Si同周期的部分元素的电离能(I)如图所示，其中代表第二电离能的图是__________(填标号)。

    

（5）金刚砂(SiC)的晶胞结构如下图所示，每个C原子周围距离最近的C原子数目为__________个;若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为__________g · cm^-3。

Answer

2 平面三角形 3∶2 离子键、共价键、配位键(或离子键、共价键) 氢键 sp2、sp3 1s22s22p63s23p63d1 (或[Ar]3d1) > a 12

【解析】（1）C原子核外电子排布为1s22s22p2，轨道式为如图所示：，则在基态14C原子中，核外存在2对自旋相反的电子；CO32-中中心原子价层电子对个数==3，碳原子SP2杂化，轨道构型为平面三角形，成键原子有3个，分子空间构型为平面三角形；（2）乙炔的结构式为H-C≡C-H，单键为σ键，三键含有1个σ键、2个π键，故乙炔分子中σ键与π键数目之比为3：2；NH4Cl 中铵根离子与氯离子之间存在离子键，氮与氢原子之间存在共价键和配位键；（3）①对叔丁基杯[4]芳烃中，O的非金属性很强，在羟基之间存在氢键；叔丁基杯[4]芳烃中含有苯环和饱和烃基，故碳原子的杂化方式有sp2和sp3；②Se是34号元素，Se原子核外有34个电子，Se原子失去2个电子变成Se2+，根据构造原理可知Se2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1；（4）若“Si-H”中键合电子偏向氢原子，说明硅显正价，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，硒显负价，所以硒与硅的电负性相对大小为Se＞Si；在第三周期中，钠失去1个电子后，就已经达到稳定结构，所以钠的第二电离能最大，镁最外层为2个电子，失去2个电子后为稳定结构，所以镁的第二电离能较小，铝最外层有3个电子，失去2个电子后还未达稳定结构，而铝的金属性比镁弱，所以第二电离能比镁略高，硅最外层上2p层有2个电子，失去后，留下2个电子，相对较稳定，所以硅的第二电离能比铝要低，磷、硫非金属性逐渐增大，第二电离能也增大，由于硫失去一个电子后，3p轨道上是3个电子，是较稳定结构，所以硫的第二电离能要高于氯，综上分析，代表第二电离能的图是a；（5）金刚砂为原子晶体，每个硅原子连接4个碳原子，硅原子的配位数为4，每个硅原子又连接其他3个碳原子，所以每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×4=12；该晶胞中碳原子个数=8×+6×=4，硅原子个数为4，晶胞边长=a×10-10cm，体积V=( a×10-10cm)3， ==g/cm3=g/cm3。