Question

【題目】碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：
回答下列問題：
（1）金剛石、石墨、C60、碳納米管都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為 ．
（2）金剛石、石墨烯（指單層石墨）中碳原子的雜化形式分別為、 ．
（3）C60屬于晶體，石墨屬于晶體．
（4）石墨晶體中，層內(nèi)C﹣C鍵的鍵長為142pm，而金剛石中C﹣C鍵的鍵長為154pm．其原因是金剛石中只存在C﹣C間的共價鍵，而石墨層內(nèi)的C﹣C間不僅存在共價鍵，還有鍵．
（5）金剛石晶胞含有個碳原子．若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r=a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率（不要求計算結(jié)果）．

Answer 1

【答案】
（1）同素異形體
（2）sp3；sp2
（3）分子；混合
（4）σ；σ；π
（5）8；；
【解析】解：（1）都是含有碳元素的不同單質(zhì)，互為同素異形體，所以答案是：同素異形體；（2）金剛石中碳原子形成四條共價鍵，為sp3雜化；石墨烯為片層結(jié)構(gòu)，雜化類型為sp2雜化，所以答案是：sp3；sp2；（3）C60晶體組成微粒為60個碳原子組成的C60分子，屬于分子晶體；石墨片層內(nèi)以共價鍵結(jié)合，片層之間以分子間作用力結(jié)合，為混合晶體，所以答案是：分子；混合；（4）金剛石中碳原子以sp3雜化，形成四條雜化軌道，全部形成σ鍵；石墨中碳原子以sp2雜化，形成三條雜化軌道，還有一條為雜化的p軌道，三條雜化軌道形成σ鍵，而未雜化p軌道形成π鍵，所以答案是：σ；σ；π；（5）晶胞中頂點微粒數(shù)為： =1，面心微粒數(shù)為： =3，體內(nèi)微粒數(shù)為4，共含有8個碳原子；晶胞內(nèi)含有四個碳原子，則晶胞體對角線長度與四個碳原子直徑相同，即 =8r，r= a；碳原子的體積為： ，晶胞體積為：a3 ， 碳原子的空間利用率為： = = ，所以答案是：8； ； ．