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機(jī)化合物，同時(shí)自身可以形成多種單質(zhì)，碳及其化合物的用途廣泛。

（1）C60分子中每個(gè)原子接2個(gè)單鍵和1個(gè)雙鍵，它與F2發(fā)生加成反應(yīng)，其加成產(chǎn)物為_____；C60的晶體中，每個(gè)C60晶胞的質(zhì)量為_______。（用含NA的式子表示）

（2）干冰和冰是兩種常見的分子晶體，下列關(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）金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質(zhì)，下列關(guān)于這兩種單質(zhì)的敘述中正確的有____。

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．晶休的熔點(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，立方BN結(jié)構(gòu)與金剛石相似，在BN晶體中，B原子周圍最近的N原子所構(gòu)成的立體圖形為_______，B原子與N原子之間共價(jià)鍵與配價(jià)鍵的數(shù)目比為_____，一個(gè)晶胞中N 原子數(shù)目為_______。

（5）炭與孔雀石共熱可以得到金屬銅，基態(tài)銅原子的電子排布式為_______，銅采用_____堆積，則銅的晶體中Cu 原子的配位數(shù)為________。已知銅單質(zhì)的晶體密度為pg/cm3，Cu的相對(duì)原子質(zhì)量為M，阿伏伽德羅常數(shù)NA，則Cu的半徑為________。

Answer 1

【答案】 C60F60 ac ae 正四面體 3:1 4 [Ar]3d104s1 面心立方最密堆積 12 cm

【解析】（1）C60分子含有30個(gè)共價(jià)鍵，發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)一個(gè)C60分子中含有的碳碳雙鍵個(gè)數(shù)和氟氣分子個(gè)數(shù)相同，1molC60分子中30mol碳碳雙鍵，所以需要30mol氟氣，所以其加成產(chǎn)物的化學(xué)式為：C60F60；C60晶體為面心立方排布，所以每個(gè)C60晶胞有4個(gè)C60分子 （面心3個(gè)，頂點(diǎn)1個(gè)），所以一個(gè)C60晶胞=4×60/NA×12=2880/NAg；（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，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，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，c正確；d、干冰分子之間存在范德華力，水分子間存在氫鍵，晶體中分子間相互作用力類型不相同，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，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，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，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°，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)，層與層之間通過范德華力連接，說明晶體中含有共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力，e正確；f、金剛石是原子晶體，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過范德華力連接，石墨為混合型晶體，不屬于原子晶體，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，在BN晶體中，每個(gè)B原子和4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，所以B原子周圍最近的N原子所構(gòu)成的立體圖形為正四面體；B原子的配位數(shù)是4，B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目是12，所以B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目與配位鍵的數(shù)目比為 3：1，一個(gè)晶胞中N原子數(shù)目為 4；（5）Cu的晶胞屬于面心立方晶胞，其配位數(shù)=3×8×1/2=12，銅是29號(hào)元素，核外電子排布式為[Ar]3d104s1；金屬銅采用面心立方最密堆積，晶胞內(nèi)Cu原子數(shù)目為8×1/8+6×1/2=4，令銅原子的半徑為rcm，則晶胞的棱長(zhǎng)為，所以，解得cm。