Question

2．石墨烯（图1甲）是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯（图1乙）

（1）图1甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为3．
（2）图1乙中，1号C的杂化方式是sp³，该C与相邻C形成的键角＜（填“＞”“＜”或“=”）图甲中1号C与相邻C形成的键角．
（3）图1乙中所含原子的第一电离能从大到小排列O＞H＞C；电负性从小到大H＜C＜O
（4）图1乙所示的氧化石墨烯易分散到H₂O中，原因是氧化石墨烯与水分中子间形成氢键．
（5）图1乙所示的氧化石墨烯可与下列哪些物质发生化学反应ABCD
A．C₂H₅OH    B．HNO₃    C．NaOH    D．NaHCO₃
（6）石墨烯可转化为富勒烯（C₆₀），某金属M与C₆₀可制备一种低温超导材料，晶胞如图2所示，M原子位于晶胞的棱上与内部，该晶胞中M原子的个数为12，该材料的化学式为M₃C₆₀．

Answer 1

分析 （1）石墨烯中每个C原子和相邻3个碳原子形成3个σ键；      
（2）氧化石墨烯中每个C原子形成4个σ键，价层电子对个数是4，根据价层电子对互斥理论判断C原子杂化方式；乙中每个碳原子和3个C、1个O原子形成四面体结构，甲中每个C原子和相邻3个碳原子形成平面结构；
（3）乙中含有C、H、O元素，元素的非金属性越强，其电负性越大；元素越易失电子，其第一电离能越小；
（4）氢键能增大物质的溶解性；
（5）氧化石墨烯中含有羟基、羧基，具有醇和羧酸的性质；  
（6）M原子个数=8+12×$\frac{1}{4}$+1；C₆₀个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4．

解答 解：（1）由图可知，甲中1号C与相邻C形成3个C-C键，形成σ键的个数为3，故答案为：3；
（2）图乙中，1号C形成3个C-C及1个C-O键，C原子以sp³杂化，为四面体构型，而石墨烯中的C原子杂化方式均为sp²，为平面结构，则图乙中C与相邻C形成的键角＜图甲中1号C与相邻C形成的键角，故答案为：sp³；＜；
（3）乙中含有C、H、O元素，元素的非金属性越强，其电负性越大；元素越易失电子，其第一电离能越小，C、H、O第一电离能大小顺序是O＞H＞C，电负性从小到大顺序是H＜C＜O，故答案为：O＞H＞C；H＜C＜O；   
（4）氧化石墨烯与水分中子间形成氢键，从而促进氧化石墨烯溶解，故答案为：氧化石墨烯与水分中子间形成氢键；
（5）氧化石墨烯中含有羟基、羧基，具有醇和羧酸的性质，所以能和乙醇发生酯化反应、和硝酸发生酯化反应、和NaOH及碳酸氢钠发生复分解反应，故选ABCD；  
（6）M原子个数=8+12×$\frac{1}{4}$+1=12、C₆₀个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则C₆₀与M原子个数之比=4：12=1：3，其化学式为 M₃C₆₀，故答案为：12； M₃C₆₀．

点评 本题考查物质结构和性质，把握杂化类型、成键方式、氢键形成及晶胞均摊法计算为解答的关键，难点是计算M原子个数，题目难度中等．