Question

新技術(shù)的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)新材料，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究為新材料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)．2010、2011年的諾貝爾獎(jiǎng)均與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了因在二維空間材料石墨烯方面進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)的兩位英國(guó)科學(xué)家．如圖1是幾種晶體的結(jié)構(gòu)圖示：
請(qǐng)回答有關(guān)問(wèn)題：
（1）C的基態(tài)原子的電子排布式是：

 

；
（2）C₆₀可用作儲(chǔ)氫材料．已知金剛石中C-C的鍵長(zhǎng)為154.45pm，C₆₀中C-C的鍵長(zhǎng)為145-140pm，有同學(xué)據(jù)此認(rèn)為C₆₀的熔點(diǎn)高于金剛石，你認(rèn)為是否正確？

 

，簡(jiǎn)述理由

 

；
（3）石墨烯可用看做單層的石墨，所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子多余的一個(gè)電子用于形成一種特殊的大п鍵，所以這些形成п鍵的電子可以在石墨烯中自由運(yùn)動(dòng)．下列關(guān)于石墨烯的說(shuō)法不正確的是

 

；
A．僅有一個(gè)碳原子的厚度，如此薄的結(jié)晶材料肯定是非常不穩(wěn)定的
B．具有和金屬一樣良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能
C．所有的碳原子均采用sp²雜化
D．由于碳碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合，它的強(qiáng)度應(yīng)該是非常高的
（4）已知石墨烯中每個(gè)碳碳鍵的鍵長(zhǎng)為142pm，可以計(jì)算出平均每個(gè)正六邊形的面積約為5.24×10^-20m²，則12g石墨烯的面積約為

 

m²；
（5）科學(xué)家把C₆₀和鉀摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，該物質(zhì)在低溫時(shí)是一種超導(dǎo)體．其晶胞如圖2所示，該物質(zhì)中K原子核C₆₀分子的個(gè)數(shù)比為

 

；
（6）繼C₆₀后，科學(xué)家又合成了Si₆₀、N₆₀，C、Si、N原子電負(fù)性由大到小的順序是

 

；其中Si₆₀分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)Si₆₀分子中п鍵的數(shù)目為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）C為6號(hào)元素，核外有6個(gè)電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律排布；
（2）根據(jù)分子晶體的熔點(diǎn)與共價(jià)鍵的鍵能無(wú)關(guān)；
（3）A．石墨烯可以看做單層的石墨，所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，在單層的石墨存在大π鍵，所以石墨烯的性質(zhì)還是很穩(wěn)定的；
B．由于在單層的石墨存在大π鍵，這些π鍵電子可以在石墨烯中自由運(yùn)動(dòng)，所以石墨烯具有和金屬一樣良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能；
C．石墨烯中所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，每個(gè)碳周?chē)�有三個(gè)碳，形成三個(gè)共價(jià)鍵，所以所有的碳原子均為sp²雜化；
D．由于石墨烯可以看做單層的石墨，在同一層內(nèi)所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，但層與層之間是范德華力，所以它的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)介于分子晶體和原子晶體之間；
（4）利用均攤法算出每個(gè)六邊形實(shí)際占有碳原子的個(gè)數(shù)，再結(jié)合六邊形的面積和碳原子的物質(zhì)的量可以算得石墨烯的面積；
（5）根據(jù)電子排布規(guī)律，寫(xiě)出鉀原子電子排布式；根據(jù)晶胞的分配原則計(jì)算出每個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)各離子的個(gè)數(shù)；
（6）根據(jù)同一周期，同一主族，元素電負(fù)性變化規(guī)律，比較元素電負(fù)性大��；根據(jù)每個(gè)硅原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，得出每個(gè)硅原子只有

1

2

個(gè)π鍵．

解答： 解：（1）C為6號(hào)元素，核外有6個(gè)電子，C的基態(tài)原子的電子排布式是1s²2s²2p²，故答案為：1s²2s²2p²；
（2）C₆₀是分子晶體，熔化時(shí)破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，熔化時(shí)需破壞共價(jià)鍵，盡管C₆₀中C-C鍵的鍵能可能大于金剛石，但其熔化時(shí)并不破壞化學(xué)鍵，因此比較鍵能沒(méi)有意義，故答案為：否；C₆₀是分子晶體，熔化時(shí)破壞的是分子間作用力，金剛石是原子晶體，熔化時(shí)需破壞共價(jià)鍵；
（3）A．石墨烯可以看做單層的石墨，所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，在單層的石墨存在大π鍵，所以石墨烯的性質(zhì)還是很穩(wěn)定的，故A錯(cuò)誤；
B．由于在單層的石墨存在大π鍵，這些π鍵電子可以在石墨烯中自由運(yùn)動(dòng)，所以石墨烯具有和金屬一樣良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，故B正確；
C．石墨烯中所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，每個(gè)碳周?chē)�有三個(gè)碳，形成三個(gè)共價(jià)鍵，所以所有的碳原子均為sp²雜化，故C正確；
D．由于石墨烯可以看做單層的石墨，在同一層內(nèi)所有的碳原子都以單鍵結(jié)合，但層與層之間是范德華力，所以它的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)介于分子晶體和原子晶體之間，故D正確；
故答案為：A；
（4）利用均攤法算出每個(gè)六邊形實(shí)際占有碳原子的個(gè)數(shù)為6×

1

3

=2，所以，12g石墨烯（即1mol）實(shí)際占有的六邊形的個(gè)數(shù)為

1

2

×6.02×1023，所以算得石墨烯的面積為

1

2

×6.02×1023×5.24×10-20=1.58×10⁴m²，故答案為：1.58×10⁴；
（5）在晶胞中，每個(gè)面上有兩個(gè)鉀原子，每個(gè)頂點(diǎn)上和體心有一個(gè)C₆₀，根據(jù)均攤法可知K原子個(gè)數(shù)為6×22×

1

2

=6，C₆₀分子的個(gè)數(shù)比為8×

1

8

+1=2；所以K原子個(gè)數(shù)為和C₆₀分子的個(gè)數(shù)比為6：2=3：1，故答案為：3：1；
（6）同一周期，從左到右，電負(fù)性逐漸增大，同一主族，從上到下，電負(fù)性逐漸減小，因此，原子電負(fù)性由大到小的順序是：N＞C＞Si，根據(jù)題意，每個(gè)硅形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，這樣每個(gè)硅原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．顯然，雙鍵數(shù)應(yīng)該是Si原子數(shù)的一半，而每個(gè)雙鍵有1個(gè)π鍵，顯然π鍵數(shù)目為30，
故答案為：N＞C＞Si；30．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了晶體類(lèi)型、電負(fù)性、電子排布式、分子的空間構(gòu)型等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的綜合考查，題目難度中等．