Question

【题目】英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型示意图如下：

（1）下列有关石墨烯说法正确的是________________。

A．键长：石墨烯>金刚石

B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面

C．12g石墨烯含键数为NA

D．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力

（2）化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。

①铜原子在基态时，在有电子填充的能级中，能量最高的能级符号为_____________；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有________________________。

②乙醇的沸点要高于相对分子质量比它还高的丁烷，请解释原因______________________________。

③下列分子属于非极性分子的是__________________。

a．甲烷 b．二氯甲烷 c．苯 d．乙醇

④酞菁与酞菁铜染料分子结构如图，酞菁分子中碳原子采用的杂化方式是__________；酞菁铜分子中心原子的配位数为________________。

⑤金与铜可形成的金属互化物合金（如图，该晶胞中，Au占据立方体的8个顶点）：

它的化学式可表示为_____；在Au周围最近并距离相等的Cu有_____个，若2个Cu原子核的最小距离为d pm，该晶体的密度可以表示为___________________g/cm3。（阿伏伽德罗常数用NA表示）

Answer 1

【答案】 BD 3d K、Cr 乙醇分子间可形成氢键而丁烷分子间不能形成氢键 a、c sp2 2 Cu3Au或AuCu3 12 38921/21030/(NAd34)

【解析】(1)A．金刚石中碳原子之间只存在σ键，石墨烯中碳原子之间存在σ键和π键，因此键长：石墨烯＜金刚石，故A错误；B．石墨烯是平面形分子，分子中所有原子可以处于同一平面，故B正确；C．一个碳原子中含有个单键，即个σ键，所以12g石墨烯含σ键数为NA，故C错误；D．石墨层内是共价键，石墨层与层之间的作用力是范德华力，所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力，故D正确；故选：BD；

(2)①铜原子在基态时的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，在有电子填充的能级中，能量最高的能级符号为3d；第四周期元素中，最外层电子数与铜相同的元素还有3d04s1和3d54s1，即K和Cr，故答案为：3d；K、Cr；

②乙醇分子间存在氢键，使得其溶沸点升高，而丁烷不存在氢键，故答案为：乙醇分子间存在氢键，使得其溶沸点升高，而丁烷不存在氢键；

③a．甲烷为正四面体，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，故a正确；b．二氯甲烷为四面体分子，结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，故b错误；c．苯为平面正六边形，结构对称，正负电荷的中心重合，属于非极性分子，故c正确；d．乙醇结构不对称，正负电荷的中心不重合，属于极性分子，故d错误；故选：ac；

④酞菁分子中碳原子含有3个σ键和1个π键，所以采取sp2杂化；该分子中能提供孤对电子的氮原子才是配位原子，所以酞菁铜分子中心原子的配位数为2，故答案为：sp2；2；

⑤该晶胞中含Cu原子个数=6×=3，含有Au=8×=1，所以其化学式为Cu3Au或AuCu3，根据图示，铜原子周围最近并距离相等的Au原子有4个，根据化学式，在Au周围最近并距离相等的Cu有12个；若2个Cu原子核的最小距离为d pm，则晶胞的棱长为d pm=d×10-10cm，该晶体的密度== g/cm3，故答案为：Cu3Au或AuCu3；12；。