Question

【题目】

石墨、石墨烯及金刚石是碳的同素异形体。

（1） 以Ni—Cr—Fe 为催化剂，一定条件下可将石墨转化为金刚石。基态Fe原子未成对电子数为____________。设石墨晶体中碳碳键的键长为a m，金刚石晶体中碳碳键的键长为bm，则a_____b（填“＞”、“＜”或“=”），原因是_______________________________。

（2）比较下表碳卤化物的熔点，分析其熔点变化规律的原因是____________。

	CCl4	CBr4	CI4
熔点/℃	-22.92	48.4（α型）	168（分解）

（3） 金、铜、锌等金属或合金常用作化学气相沉积法获取石墨烯的催化剂。左下表是铜与锌的部分电离能数据，对于“I1铜小于锌，而I2铜却大于锌”的事实，原因是_________________。

电离能/kJ·mol-1	I1	I2
铜	746	1958
锌	906	1733

（4）金刚石的晶胞如上图所示。已知ZnS晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同，若图中a为Zn2+，则S2-处于ZnS晶胞中的位置为___________________________。

（5）石墨烯中部分碳原子被氧化后，转化为氧化石墨烯。

①在图乙所示的氧化石墨烯中，取sp3杂化形式的原子有_________________（填元素符号）；

②石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C 与相邻C原子间键能的变化是_____________（填“变大”、“ 变小”或“不变”）。

（6）石墨烯具有很大的比表面积，可望用于制超级电容器。若石墨烯中碳碳键的键长为am，12 g单层石墨烯单面的理论面积约为___________m2（列出计算式即可）。

Answer 1

【答案】 4 < 石墨晶体中碳碳键除σ键外还有大Π键，金刚石晶体中碳碳键只有σ键 分子结构相似，随相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，故CCl4、CBr4、CI4熔点依次升高 Cu失去一个电子成为Cu+后，形成[Ar]3d10，是能量较低的全充满结构 顶点、面心 C、O 变小 ×NA×

【解析】(1). 基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，未成对电子数为4，在金刚石晶体中，C原子采用sp3杂化，碳原子之间只存在σ键，而石墨晶体中的C原子采用sp2杂化，碳原子之间除了σ键外还有大π键，使得石墨晶体中的碳碳键的键长比金刚石晶体中碳碳键的键长小，故答案为：4；＜；石墨晶体中碳碳键除σ键外还有大π键，金刚石晶体中碳碳键只有σ键；

(2). 碳卤化物都是分子晶体，分子间通过范德华力相结合，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔点越高，由于相对分子质量CCl4＜CBr4＜CI4，则熔点CCl4＜CBr4＜CI4，故答案为：分子结构相似，随相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，故CCl4、CBr4、CI4熔点依次升高；

(3). 当原子轨道中的电子处于全满、半满或全空时较稳定，气态Cu原子失去一个电子变成结构为[Ar]3d10的Cu+，是一种能量较低的稳定结构，而气态Zn原子失去一个电子变成结构为[Ar]3d104s1的Zn+，易再失去一个电子，故答案为：Cu失去一个电子成为Cu+后，形成[Ar]3d10，是能量较低的全充满结构；

(4). 图中a点为Zn2+，由均摊法可知，Zn2+的个数为：4×1=4，根据ZnS的化学式可知，只有S2-处于顶点和面心时，S2-的个数也为：8×1/8+6×1/2=4，故答案为：顶点、面心；

(5). ①. 氧化石墨烯中所标的1号碳原子形成3个碳碳单键和一个碳氧单键，C原子为sp3杂化，氧化石墨烯中羟基上的氧原子形成一个碳氧单键和一个氧氢键，还有2个孤电子对，所以羟基上氧原子为sp3杂化，故答案为：C、O；

②. 石墨烯转化为氧化石墨烯时，1号C 与相邻C原子间的大π键被氧化破坏变成了单键，键能减小，故答案为：变小；

(6). 已知石墨烯中碳碳键的键长为am，则其正六边形的面积为，根据均摊法可以计算出每个六边形所占有的碳原子个数为6×1/3=2，所以12g(即1molC)单层石墨烯实际占有的六边形个数为： ×NA，则单层石墨烯单面的理论面积约为×NA×，故答案为： ×NA×。