Question

【題目】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)C60分子由60個碳原子構(gòu)成,它的形狀像足球(圖丙),含有鍵,因此又叫足球烯。1991年科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)一種碳的單質(zhì)——碳納米管,是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的具有很大表面積管狀大分子(圖丁),圖甲、圖乙分別是金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中小黑點均代表碳原子。

(1)金剛石、石墨、足球烯和碳納米管四種物質(zhì)互稱為同素異形體,它們在物理性質(zhì)上存在較大的差異,其原因是____。

(2)同條件下,足球烯、石墨分別和氣體單質(zhì)F2反應(yīng)時,化學(xué)性質(zhì)活潑性的比較為足球烯比石墨____(填“活潑”“一樣活潑”或“更不活潑”),理由是___。

(3)由圖中石墨的晶體結(jié)構(gòu)俯視圖可推算在石墨晶體中,每個正六邊形平均所占有的C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為____。

(4)在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,含有共價鍵形成的碳原子環(huán),其中最小的環(huán)上有____個碳原子(填數(shù)字),每個碳原子上的任兩個C—C鍵的夾角都是____(填角度)。

(5)燃氫汽車之所以尚未大面積推廣,除較經(jīng)濟的制氫方法尚未完全解決外,還需解決H2的貯存問題,上述四種碳單質(zhì)中有可能成為貯氫材料的是____。

Answer 1

【答案】 碳原子排列方式不同 活潑 足球烯含有鍵容易加成 2∶3 6　 109°28'(或109.5°) 碳納米管

【解析】(1)金剛石、石墨、足球烯和碳納米管四種物質(zhì)互稱為同素異形體,它們在物理性質(zhì)上存在較大的差異,通過四種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖可以得出其原因是碳原子排列方式不同；正確答案：碳原子排列方式不同。

(2) 足球烯的結(jié)構(gòu)中含有，容易與單質(zhì)F2發(fā)生加成反應(yīng)，而石墨均為碳碳單鍵，同條件下,石墨與單質(zhì)F2發(fā)生反應(yīng)就相應(yīng)較難；正確答案：活潑；足球烯含有鍵容易加成。

（3）每個碳原子被三個碳環(huán)共有，每個碳環(huán)含有碳原子數(shù)為1/3；每條碳碳單鍵被2個碳環(huán)共有，每個碳環(huán)含有1/2條碳碳單鍵；因此C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1/3：1/2=2:3；正確答案：2∶3。

(4)金剛石是原子晶體，原子間以共價鍵相結(jié)合，形成三維的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最小的環(huán)上有6個碳原子；每個碳原子以4個共價鍵對稱的與相鄰的4個碳原子結(jié)合，碳原子采取sp3雜化方式形成共價鍵，所以碳原子與其周圍的4個碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，夾角109°28，；正確答案：6； 109°28，(或109.5°) 。

(5) 由于碳納米管表面積大，可以吸附H2，用作貯氫材料；正確答案：碳納米管。