题目内容
【题目】2020年1月9日,南京大学物理学院高力波教授团队,探索出了一种可控生长超平整石墨烯的方法,该方法有望推广到新材料、新能源等重要研究领域。
(1)如图图1和图2所示,科学家可以用特殊的胶带将石墨不断地粘撕得到石墨烯,是因为___。
(2)石墨烯中碳原子的杂化方式为___,12g石墨烯中含有___个如图所示的六元环。
(3)石墨晶体中碳碳键的键长___金刚石晶体中碳碳键的键长(填“>”“<”或“=”),原因是___。
(4)如图图2和图3中,石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C与其相邻C原子间键能的变化是___(填“变大”、“变小”、“不变”)。
(5)曹原等研制得了具有超导特性的双层石墨烯新材料,手机一旦装上石墨烯电池,充电时间将被缩短为16分钟。将石墨烯逐层叠起来就是石墨,如图图4是石墨晶体的六方晶胞结构。
①在下列四边形内画出石墨晶胞沿c轴的投影___(用“”标出碳原子位置)。
②如果石墨晶胞中最近的两个碳原子之间的距离为apm,层间距为bpm,那么石墨晶体的密度为___ g·cm-3(列出计算式即可))。
【答案】石墨是层状较高,层与层之间是分子间作用力(范德华力) sp2 0.5NA < 石墨晶体中碳碳之间除σ键外还有大π键,金刚石晶体中碳碳之间只有σ键 变小
【解析】
(1)石墨是层状结构,层与层之间通过分子间作用力;
(2)石墨烯中每个碳原子均和3个碳原子相连构成六圆环状结构;单层石墨烯中每个六元环含碳原子个数为6×=2个;
(3)石墨晶体中的碳碳键除σ键外还有大π键,金刚石中碳原子以sp3杂化形成四条杂化轨道,全部形成σ键;
(4)石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C连接的O原子吸引电子能力较强,导致与1号C原子相邻C原子对电子的吸引力减小;
(5)①根据投影,做出投影图;
②根据晶体密度计算公式ρ=,其中N为一个晶胞粒子数,M为一个原子的相对质量,V为一个晶胞的体积。
(1)如图1所示,科学家可以用特殊的胶带将石墨不断地粘撕得到石墨烯,是因为石墨是层状结构,层与层之间通过分子间作用力结合,相对较弱;
(2)石墨烯中每个碳原子均和3个碳原子相连构成六圆环状结构,可知碳原子的杂化方式为sp2,单层石墨烯中每个六元环含碳原子个数为6×=2个,12g石墨烯中含有NA个碳原子,则含
=0.5NA个六元环;
(3)金刚石中碳原子以sp3杂化形成四条杂化轨道,全部形成σ键;石墨中碳原子以sp2杂化形成三条杂化轨道,还有一条未杂化的p轨道,所以石墨晶体中的碳碳键除σ键外还有大π键,所以石墨的C-C键的键长短;
(4)石墨烯转化为氧化石墨烯时,1号C连接的O原子吸引电子能力较强,导致与1号C原子相邻C原子对电子的吸引力减小,所以1号C与相邻C原子间键能变小;
(5)①晶胞沿c轴的投影,其中有两个C原子是重叠的影,投影为;
②一个晶胞的体积为底面积×高,注意到,计算底面积时,题中CC键键长是指晶胞中层C以sp2杂化与其他C原子成键的键长,需要借助几何关系计算底面菱形中C与C之间的长度,记CC键键长为x,由余弦定理可得cos120°= =-
,解得底面C与C之间的长度为x=
apm,则一个晶胞底面积为S=(
apm )2sin120°=
a2pm2,因此一个晶胞的体积为V=Sh=
a2b×2×1030cm3=
a2b×1030 cm3,六方石墨晶胞中,8个顶点处的C原子为8个晶胞共有,竖棱上C原子为4个晶胞共有,面上C原子为2个晶胞共有,内部C原子为该晶胞所有,则每个晶胞中含有的C原子数为8×
+4×
+2×
+1=4,1mol晶胞含有4molC原子,则1mol晶胞的质量为m=4×12g,1mol晶胞含有NA个晶胞,则石墨晶体的密度为ρ=
=
g·cm-3。
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
【题目】LiCoO2(钴酸锂)是锂离子电池的正极材料。以某海水为原料制备钴酸锂的一种流程如下:
已知如下信息:①该海水中含浓度较大的LiCl,含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等。
②碳酸锂的溶解度与温度关系如图所示。
③常温下,几种难溶物质的溶度积数据如下:
物质 | Li2CO3 | MgCO3 | CaCO3 | MnCO3 | Mg(OH)2 |
Ksp | 2.5×102 | 6.8×106 | 2.8×109 | 2.3×1011 | 6.0×1010 |
请回答下列问题:
(1)LiCoO2中钴的化合价为____________ ,滤渣1主要成分有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和____________________(填化学式)。
(2)调pH=5的目的是________________________。
(3) “沉锂”包括过滤、洗涤等,宜用_____________(填“热水”或“冷水”)洗涤Li2CO3。加入纯碱的量与锂回收率的关系如表所示:
序号 | n(Na2CO3)/n(LiCl) | 沉淀质量/g | 碳酸锂含量/% | 锂回收率/% |
① | 0.9∶1 | 10.09 | 92.36 | 77.67 |
② | 1.0∶1 | 0.97 | 90.19 | 82.46 |
③ | 1.1∶1 | 11.45 | 89.37 | 85.27 |
④ | 1.2∶1 | 12.14 | 84.82 | 85.45 |
从生产成本考虑,宜选择_______________(填序号)方案投料。
(4) “除杂2”中调pH=13时c(Mg2)=_______________mol·L1。
(5) “合成”中采用高温条件,放出一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。写出“合成”发生反应的化学方程式_____________________________________________。