（ 2023年高考全国甲卷 ）

[化学——选修3：物质结构与性质]

11. 将酞菁—钴钛—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题：

(1)图1所示的几种碳单质，它们互为_______，其中属于原子晶体的是_______，间的作用力是_______。

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(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。

酞菁分子中所有原子共平面，其中P轨道能提供一对电子的N原子是_______(填图2酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为_______，氮原子提供孤对电子与钴离子形成_______键。

(3)气态通常以二聚体的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中的轨道杂化类型为_______。的熔点为，远高于的，由此可以判断铝氟之间的化学键为_______键。结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，F^-的配位数为_______。若晶胞参数为apm，晶体密度_______(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为N_A)。

【答案】(1) ①. 同素异形体 ②. 金刚石 ③. 范德华力

(2) ①. ③ ②. +2 ③. 配位

(3) ①.sp³ ②. 离子 ③. 2 ④.

【解析】

【小问1详解】

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同一元素形成的不同单质之间互为同素异形体。图1所示的几种碳单质，它们的组成元素均为碳元素，因此，它们互为同素异形体;其中金刚石属于原子晶体，石墨属于混合型晶体，属于分子晶体，碳纳米管不属于原子晶体;间的作用力是范德华力;

【小问2详解】

已知酞菁分子中所有原子共平面，则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为sp²杂化，且分子中存在大π键，其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个sp²杂化轨道，其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键，标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键，因此标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出H⁺;钴酞菁分子中，失去了2个H⁺的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子，因此，钴离子的化合价为+2，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。

【小问3详解】

由的空间结构结合相关元素的原子结构可知，Al原子价层电子对数是4，其与其周围的4个氯原子形成四面体结构，因此，二聚体中A1的轨道杂化类型为sp³。AlF₃的熔点为1090℃，远高于AlCl₃的192℃，由于F的电负性最大，其吸引电子的能力最强，因此，可以判断铝氟之间的化学键为离子键。由AlF₃的晶胞结构可知，其中含灰色球的个数为，红色球的个数为，则灰色的球为F^-，距F^-最近且等距的有2个，则F^-的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为，晶胞的质量为，则其晶体密度。

编辑：小徐