Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題：

（1）在基態(tài)碳原子中，核外存在______對自旋相反的電子。

（2）碳是形成化合物種類最多的元素：常見的有機(jī)物CH3COOH中c原子軌道雜化類型為___________，乙酸中官能團(tuán)的名稱為__________________。

（3）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、石墨烯（指單層石墨）中C-C鍵夾角大小為石墨烯________金剛石（填“>”或“<”）。

②已知金剛石里C-C鍵長為154pm，石墨里C-C鍵長為142 pm，C60、石墨、金剛石熔點(diǎn)從高到低的順序?yàn)?/span>______________________；其中石墨與金剛石熔點(diǎn)高低順序的原因?yàn)椋?/span>_____________________________________________。

③一個(gè)金剛石晶胞含有_______個(gè)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。

④石墨晶胞如圖虛線所示，切出來的晶胞如圖所示，則一個(gè)石墨晶胞含有碳原子個(gè)數(shù)為_________，已知石量的密度為ρg/cm3,層內(nèi)的碳原子核向距為dcm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，計(jì)算石墨晶體的層間距為_________cm。（C的相對原子質(zhì)量為12）

Answer 1

【答案】 2 sp3、sp2 羧基 > 石墨>金剛石>C60 石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長。所以石墨鍵能大于金剛石鍵能。熔點(diǎn)高于金剛石 8 4 16/(3ρNAd2)

【解析】（1）碳原子核電荷數(shù)為6，核外電子排布為1s22s22p2, 在基態(tài)碳原子中，核外存在2對自旋相反的電子；正確答案：2。

（2）CH3COOH中甲基上的碳原子形成4個(gè)單鍵，是sp3雜化，羧基上的碳原子形成1個(gè)碳氧雙鍵、2個(gè)單鍵，是sp2雜化；醋酸分子中含有羧基官能團(tuán)；正確答案：sp3、sp2；羧基。

（3）①石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp雜化軌，夾角120°；金剛石C采取sp3雜化,形成正四面體的結(jié)構(gòu),夾角為109.5°；因此C-C鍵夾角為石墨烯大于金剛石；正確答案：>。

②由題給信息可知，金剛石為原子晶體，熔沸點(diǎn)較高，C60為分子晶體，熔沸點(diǎn)低；但石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長，所以石墨鍵能大于金剛石鍵能，熔點(diǎn)高于金剛石；因此C60、石墨、金剛石熔點(diǎn)從高到低的順序?yàn)槭��?/span>>金剛石>C60 ；正確答案：石墨>金剛石>C60 ；石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長，所以石墨鍵能大于金剛石鍵能，熔點(diǎn)高于金剛石。

③根據(jù)晶胞圖可知，一個(gè)金剛石晶胞含有碳原子個(gè)數(shù)為8×1/8+6×1/2+4=8；金剛石不是密堆積結(jié)構(gòu)，設(shè)體心有一個(gè)球，沿體對角線方向有5個(gè)球，體對角線距離為，解得r= ；正確答案：8； 。

④石墨的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，設(shè)晶胞的底邊長為acm，高為hcm，層間距為xcm，則h=2x，由圖可以看出1個(gè)石墨晶胞中含有4個(gè)碳原子(4=8×1/8+4×1/4+2×1/2+1)。則由圖可知:a/2= d×sin 60°，得a= ；為ρg/cm3==，整理得x=；正確答案：4； 。