Question

【題目】碳元素不僅能形成豐富多彩的有機(jī)化合物，而且還能形成多種無(wú)機(jī)化合物如C，同時(shí)自身可以形成多種單質(zhì)如D和E，碳及其化合物的用途廣泛。

已知A為離子晶體，B為金屬晶體，C為分子晶體

(1)圖中分別代表了五種常見(jiàn)的晶體，分別是：A________，B________，C________，D________，E________。(填名稱或化學(xué)式)

(2)干冰和冰是兩種常見(jiàn)的分子晶體，關(guān)于兩種晶體的比較中正確的是_____。

a.晶體的密度：干冰>冰 b.晶體的熔點(diǎn)：干冰>冰

c.晶體中的空間利用率：干冰>冰 d.晶體中分子間相互作用力類型相同

(3) 金剛石和石墨是碳的兩種常見(jiàn)單質(zhì)，下列敘述正確的有________。

a.金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化

b.晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)：金剛石中C—C<石墨中C—C

c.晶體的熔點(diǎn)：金剛石>石墨

d.晶體中共價(jià)鍵的鍵角：金剛石>石墨

e.金剛石晶體中只存在共價(jià)鍵，石墨晶體中則存在共價(jià)鍵、金屬鍵和范德華力

f.金剛石和石墨的熔點(diǎn)都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體

(4)金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖，一個(gè)晶胞中的C原子數(shù)目為 ________。

(5)C與孔雀石共熱可以得到金屬銅，金屬銅采用面心立方最密堆積，已知Cu單質(zhì)的晶體密度為ρ g/cm3，Cu的相對(duì)原子質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則Cu的原子半徑為 __________cm。

Answer 1

【答案】NaCl Na 干冰 金剛石 石墨 ac ae 8 ×cm

【解析】

（1）根據(jù)圖中晶體的結(jié)構(gòu)，結(jié)合常見(jiàn)晶體可知，A為氯化鈉、B為Na、C為干冰、D為金剛石、E為石墨；

（2）水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導(dǎo)致水分子形成冰時(shí)存在較大的空隙，而受熱融化時(shí)氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積；

（3）a、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成平面正六邊形結(jié)構(gòu)；

b、c、sp2雜化中，s軌道的成分比sp3雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價(jià)鍵更短，更牢固，即石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量；

d、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)；

e、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，晶體中只含有共價(jià)鍵；石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個(gè)碳原子還有一個(gè)2p軌道，其中有一個(gè)2p電子．這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大π鍵．因而這些π電子可以在整個(gè)碳原子平面上活動(dòng)，類似金屬鍵的性質(zhì)，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接；

f、石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接；

（4）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，面心上有6個(gè)C原子，頂點(diǎn)有8個(gè)C原子，根據(jù)均攤法計(jì)算；

（5）金屬銅采用面心立方最密堆積，利用均攤法計(jì)算晶胞原子數(shù)目，銅原子半徑為rcm，可計(jì)算晶胞參數(shù)，根據(jù)m=ρV計(jì)算銅原子半徑。

：

（1）根據(jù)圖中晶體的結(jié)構(gòu)，結(jié)合常見(jiàn)晶體可知，A為氯化鈉、B為Na、C為干冰、D為金剛石、E為石墨，

答案為：NaCl；Na；干冰；金剛石；石墨；

（2）a、水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導(dǎo)致水分子形成冰時(shí)存在較大的空隙，密度比水小，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，密度比水大，故a正確；

b、冰融化時(shí)氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，融化時(shí)破壞范德華力，氫鍵比范德華力強(qiáng)，故晶體的熔點(diǎn)冰＞干冰，故b錯(cuò)誤；

c、水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導(dǎo)致水分子形成冰時(shí)存在較大的空隙，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，晶體中的空間利用率：干冰＞冰，故c正確；

d、干冰分子之間只存在范德華力，水分子之間既存在范德華力又存在氫鍵，晶體中分子間相互作用力類型不相同，故d錯(cuò)誤．

答案選：ac；

（3）a、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，碳原子的雜化類型為sp3雜化；石墨中的碳原子與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成平面正六邊形結(jié)構(gòu)，碳原子的雜化類型為sp2雜化，故a正確；

b、sp2雜化中，s軌道的成分比sp3雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價(jià)鍵更短，更牢固，即石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，故b錯(cuò)誤；

c、石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量，所以晶體的熔點(diǎn)金剛石＜石墨，故c錯(cuò)誤；

d、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，故d錯(cuò)誤；

e、金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個(gè)碳原子還有一個(gè)2p軌道，其中有一個(gè)2p電子．這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大π鍵．因而這些π電子可以在整個(gè)碳原子平面上活動(dòng)，類似金屬鍵的性質(zhì)，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接，說(shuō)明晶體中含有共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力，故e正確；

f、金剛石是原子晶體，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接，石墨為混合型晶體，不屬于原子晶體，故f錯(cuò)誤；

答案選：ae；

（4）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，面心上有6個(gè)C原子，頂點(diǎn)有8個(gè)C原子，所以金剛石晶胞中c原子數(shù)目為4+6× +8× =8；

答案為：8；

（5）金屬銅采用面心立方最密堆積，晶胞內(nèi)Cu原子數(shù)目為8× +6× =4令銅原子的半徑為rcm，則晶胞的棱長(zhǎng)為：4rcm= rcm，所以解得：r=cm；

答案為：cm