Question

下圖分別是金剛石、石墨、足球烯和碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖．圖中小黑點(diǎn)或小黑圈均代表碳原子．

（1）四種物質(zhì)互稱為

 

．寫(xiě)出碳原子的基態(tài)電子排布圖

 

．
（2）試比較：第一電離能I₁（C）、I₁（N）、I₁（O）由大到小的順序?yàn)?div id="yy0gcyi" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
（3）石墨中存在的作用力有

 

．
A：σ鍵    B：π鍵    C：氫鍵    D：配位鍵    E：分子間作用力
石墨中碳原子采取的雜化方式是

 

．
（4）仔細(xì)觀察圖A金剛石結(jié)構(gòu)，有人從中找出它的晶胞結(jié)構(gòu)是碳原子位于立方體的所有頂點(diǎn)及面心處，將立方體切割成8個(gè)小立方體，在其中4個(gè)互不相鄰的立方體體心各有一個(gè)碳原子．請(qǐng)畫(huà)出一個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖．若金剛石的密度為ρg?cm^-3，試計(jì)算碳原子的半徑為

 

cm．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：

分析：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是碳的單質(zhì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖可以看出它們結(jié)構(gòu)都不同，據(jù)此判斷；碳是6號(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造原理可寫(xiě)出基態(tài)電子排布圖；
（2）根據(jù)元素周期律可判斷第一電離能；
（3）根據(jù)石墨的結(jié)構(gòu)可判存在的作用力，及碳的雜化方式；
（4）根據(jù)圖A及題目中的描述，可畫(huà)出示意圖，根據(jù)金剛石的密度及摩爾質(zhì)量算出金剛石晶胞的體積，再根據(jù)晶胞中碳原子的分布情況，計(jì)算出碳原子半徑．

解答： 解：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是碳的單質(zhì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖可以看出它們結(jié)構(gòu)都不同，所以它們是互為同素異形體，碳是6號(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造原理可知碳的基態(tài)電子排布圖為：，
故答案為：同素異形體；；
（2）根據(jù)元素周期律可知同周期元素從左向右第一電離能逐漸增大，但由于第ⅡA族和第ⅤA族元素原子最外層是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它們都比后面一族同周期元素的第一電離能要大，所以I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C），故答案為：I₁（N）＞I₁（O）＞I₁（C）；
（3）石墨是層狀結(jié)構(gòu)，在同一層內(nèi)碳與碳之間形成C-C單鍵，是σ鍵，而在層與層之間是通過(guò)分子間作用力相結(jié)合，所以石墨中存在的作用力是σ鍵和分子間作用于，故選AE，在層內(nèi)每個(gè)碳與周圍三個(gè)碳形成共價(jià)鍵，所以碳的雜化方式為sp³，故答案為：AE；sp³；
（4）根據(jù)圖A及題目中的描述，可畫(huà)出示意圖為：，根據(jù)金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，金剛石晶胞是面心立方堆積完之后還在四個(gè)四面體里有原子，也就是說(shuō)在金剛石晶胞的體對(duì)角線上連排了四個(gè)原子，并且相切，所以體對(duì)角線長(zhǎng)度就是碳原子半徑的8倍，設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a，碳原子的半徑為r，即

3

a=8r，
∵碳原子的質(zhì)量=

12

NA

    又∵每個(gè)晶胞中含有碳原子個(gè)數(shù)=4+8×

1

8

+6×

1

2

=8    由ρ=

8× 12 NA

a3

，得a=2×

3	12 ρNA

，∵

3

a=8r，∴r=

3

8

a=

3

4

×

3	12 ρNA

，
故答案為：

3

4

×

3	12 ρNA

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了同素異形體、核外電子排布、第一電離能、雜化方式等、晶胞的結(jié)構(gòu)和計(jì)算等，前面三小問(wèn)難度較小，屬于基礎(chǔ)內(nèi)容，第四小問(wèn)要求較高，要學(xué)生能充分利用晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合立全幾何的知識(shí)解決問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的空間想象力要求較高，有一定的難度．