Question

【題目】碳元素的單質(zhì)有多種形式,下圖依次是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、碳納米管等都是碳元素的單質(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142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm,其原因是金剛石中只存在C—C間的σ共價鍵,而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在__共價鍵,還有____鍵。

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】 同素異形體 sp3 sp2 分子 混合 σ π(或大π或p-pπ) 8 =

【解析】本題考查晶胞計算，（1）它們都是碳元素組成的單質(zhì)，因此互為同素異形體；（2）金剛石中C有4個單鍵，無孤電子對，雜化類型為sp3，石墨烯中有3個σ鍵，無孤電子對，雜化類型為sp2；（3）C60屬于分子晶體，石墨屬于混合晶體；（4）根據(jù)石墨的結(jié)構(gòu)，層內(nèi)存在碳碳之間形成的σ鍵，層層之間形成π鍵，根據(jù)金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)，碳原子個數(shù)為8×1/8＋6×1/2×4=8，兩個最近的碳原子距離是體對角線的1/4，兩個最近的碳原子距離是2r，因此有r= a，空間占有率是原子的體積與晶胞體積的比值，金剛石晶胞中有8個碳原子，其體積為 ，晶胞的體積為a3，因此空間占有率為=。