Question

【題目】研究含碳化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)、科研等具有重要意義

(1)冠醚是由多個(gè)二元醇分子之間失水形成的環(huán)狀化合物。X、Y、Z是常見(jiàn)的三種冠醚，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它們能與堿金屬離子作用，并且隨著環(huán)的大小不同而與不同金屬離子作用。

①Li+計(jì)與X的空腔大小相近，恰好能進(jìn)入到X的環(huán)內(nèi)，且Li+與氧原子的一對(duì)孤電子對(duì)作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)W(如圖)。

a.基態(tài)鋰離子核外能量最高的電子所處能層符號(hào)為___________；

b.W中Li+與孤對(duì)電子之間的作用屬于___________(選填字母標(biāo)號(hào))

A.離子鍵 B.共價(jià)鍵 C.配位鍵 D.氫鍵 E.以上都不是

②冠醚Y能與K+形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但不能與Li+計(jì)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。理由是___________。

③烯烴難溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果較差。若烯烴中溶人冠醚Z，氧化效果明顯提升。

i.水分子中氧的雜化軌道的空間構(gòu)型是___________，H－O鍵鍵角___________(填“＞”“＜”或“=”)109°28′

ii.已知：冠醚Z與KMnO4可以發(fā)生右圖所示的變化。加入冠醚Z后，烯烴的氧化效果明顯提升的原因是___________。

(2)甲烷是重要的清潔能源，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為anm。

①常溫常壓下不存在甲烷晶體。從微粒間相互作用的角度解釋，其理由是___________；

②甲烷分子的配位數(shù)為___________；

③A分子中碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為___________。

④甲烷晶體的密度為___________(g·cm－3)。

Answer 1

【答案】K C Li+半徑比Y的空腔小得多，不易與空腔內(nèi)氧原子的孤電子對(duì)作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 正四面體 小于 冠醚可溶于烯烴，進(jìn)入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機(jī)會(huì)，提升氧化效果。 甲烷是分子晶體，分子間作用力很小，熔沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于常溫。 12 （-0.5a,0.5a,a） 64×1021/(a NA)

【解析】

①a.基態(tài)鋰離子核外電子排布為1S2，所以核外能量最高的電子所處能層符號(hào)為K；

b.因?yàn)楣灿秒娮訉?duì)由氧原子提供，與鋰離子共用，所以屬于配位鍵；

②根據(jù)Li+的半徑比K+的半徑小來(lái)回答；

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz 4個(gè)原子軌道通過(guò)sp3雜化形成4個(gè)雜化軌道，所以水分子中氧的雜化軌道的空間構(gòu)型為正四面體構(gòu)型；但在其中有2對(duì)未共用的電子對(duì)（稱之為孤電子對(duì)）占據(jù)在兩個(gè)sp3雜化軌道中。孤電子對(duì)所占用的雜化軌道電子云比較密集，對(duì)成鍵電子對(duì)所占的雜化軌道起了推斥和壓縮的作用，以致兩個(gè)O-H鍵間夾角被壓縮成了104°45′，而不再是正四面體雜化的109°28′；

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烴，進(jìn)入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機(jī)會(huì)，提升氧化效果。

(2)①甲烷屬于分子晶體，微粒間存在分子間作用力進(jìn)行分析；

②根據(jù)晶胞可以看出，甲烷的晶胞結(jié)構(gòu)為面心立方，所以甲烷的配位數(shù)為12；

③A分子中碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的質(zhì)量，再除以晶胞體積；

①a.基態(tài)鋰離子核外電子排布為1S2，所以核外能量最高的電子所處能層符號(hào)為K；

正確答案：K。

b.因?yàn)楣灿秒娮訉?duì)由氧原子提供，與鋰離子共用，所以屬于配位鍵；

正確答案：C。

②根據(jù)Li+的半徑比K+的半徑小來(lái)回答；

正確答案：Li+半徑比Y的空腔小得多，不易與空腔內(nèi)氧原子的孤電子對(duì)作用形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

③在水分子中，氧原子2s、2px、2py、2pz4個(gè)原子軌道通過(guò)sp3雜化形成4個(gè)雜化軌道，所以水分子中氧的雜化軌道的空間構(gòu)型為正四面體構(gòu)型；但在其中有2對(duì)未共用的電子對(duì)（稱之為孤電子對(duì)）占據(jù)在兩個(gè)sp3雜化軌道中。孤電子對(duì)所占用的雜化軌道電子云比較密集，對(duì)成鍵電子對(duì)所占的雜化軌道起了排斥和壓縮的作用，以致兩個(gè)O-H鍵間夾角被壓縮成了104°45′，而不再是正四面體構(gòu)型中的109°28′。

正確答案：正四面體 ＜

ii. 由相似相溶原理可知，冠醚可溶于烯烴，進(jìn)入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機(jī)會(huì)，提升氧化效果。

正確答案：冠醚可溶于烯烴，進(jìn)入冠醚中的K+因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大烯烴與MnO4－接觸機(jī)會(huì)，提升氧化效果。

(2)①甲烷屬于分子晶體，微粒間是分子間作用力進(jìn)行分析；

正確答案：甲烷是分子晶體，分子間作用力很小，熔沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于常溫。

②根據(jù)晶胞可以看出，甲烷的晶胞結(jié)構(gòu)為面心立方，所以甲烷的配位數(shù)為12；

正確答案：12

③A分子中碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為(0，0，0)，則B分子的碳原子的坐標(biāo)參數(shù)為（-0.5a,0.5a,a）

正確答案：（-0.5a,0.5a,a）

④算出晶胞中甲烷分子的質(zhì)量，再除以晶胞體積；

（1）晶胞中含有甲烷分子數(shù)為8×1/8+6×1/2=4個(gè)，質(zhì)量為m（CH4）==64/NAg；（2）晶胞體積V=（a×10-7cm）3=a3×10-21cm3 。根據(jù)（1）（2）得到密度= m（CH4）/V=(64/NAg)/（a3×10-21cm3）=64×1021/(a3NA);

正確答案：64×1021/(a3NA)。