Question

1985年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)C₆₀分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球(圖C)，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，它是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的管狀大分子(圖D)，圖A、圖B分別是金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中小黑點(diǎn)或小黑圈均代表碳原子。

    試回答下列問題：

    (1)金剛石、石墨、足球烯和碳納米管物理性質(zhì)存在較大差異的原因是                     。

    (2)常溫下足球烯和碳納米管的化學(xué)性質(zhì)是否比金剛石和石墨活潑？____________(填“活潑”和“一樣”)理由是                  。

    (3)由下邊石墨的晶體結(jié)構(gòu)俯視圖可推算在石墨晶體中，每個(gè)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(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有_____(填數(shù)字)個(gè)碳原子，每個(gè)碳原子上的任兩個(gè)C—C鍵的鍵角都是              (填角度)。

    (5)燃?xì)淦�車之所以尚未大面積推廣，除較經(jīng)濟(jì)的制氫方法尚未完全解決外，還需解決制得H₂后的貯存問題，在上述四種碳單質(zhì)中有可能成為貯氫材料的是           。

Answer 1

解析：(1)在碳元素所形成的四種單質(zhì)中，其物理性質(zhì)差異較大的原因是在四種單質(zhì)中C原子排列的方式不同(由題給出的四種圖形可以看出)，晶體結(jié)構(gòu)不盡相同。(2)由于足球烯、碳納米管、金剛石和石墨互為同素異形體，其中碳原子最外層電子數(shù)均為4個(gè)，所以常溫下足球烯和碳納米管的化學(xué)性質(zhì)與金剛石和石墨的活潑程度幾乎一樣。(3)據(jù)圖分析：一個(gè)C原子為3個(gè)六邊形共用，所以一個(gè)C原子實(shí)際提供給其中一個(gè)六邊形的為1/3；一個(gè)C—C鍵為兩個(gè)六邊形共用，所以一個(gè)C—C鍵實(shí)際提供給其中一個(gè)六邊形的為1/2，因此每個(gè)正六邊形平均所占有的C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為(6×1/3)∶(6×1/2)=2∶3。(4)在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子，由于金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子為中心與周圍4個(gè)碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，所以每個(gè)碳原子上的任兩個(gè)C—C鍵的鍵角都是109°28′。(5)充分利用碳元素所形成的四種單質(zhì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖展開空間想象，例如碳納米管表面積大，故可作為貯氫材料。

答案：(1)碳原子排列方式不同，晶體結(jié)構(gòu)不盡相同?(2)一樣  碳原子最外層電子數(shù)為4，在常溫下不易得失電子  (3)2∶3  (4)6  109°28′(5)碳納米管