Question

【题目】碳元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:

回答下列问题:

(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式,它们互为________。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____、____。

(3)C60属于____晶体,石墨属于____晶体。

(4)石墨晶体中,层内C—C键的键长为142 pm,而金刚石中C—C键的键长为154 pm,其原因是金刚石中只存在C—C间的σ共价键,而石墨层内的C—C间不仅存在__共价键,还有____键。

金刚石晶胞含有____个碳原子。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则r=____a,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率____(不要求计算结果)。

Answer 1

【答案】 同素异形体 sp3 sp2 分子 混合 σ π(或大π或p-pπ) 8 =

【解析】本题考查晶胞计算，（1）它们都是碳元素组成的单质，因此互为同素异形体；（2）金刚石中C有4个单键，无孤电子对，杂化类型为sp3，石墨烯中有3个σ键，无孤电子对，杂化类型为sp2；（3）C60属于分子晶体，石墨属于混合晶体；（4）根据石墨的结构，层内存在碳碳之间形成的σ键，层层之间形成π键，根据金刚石晶胞的结构，碳原子个数为8×1/8＋6×1/2×4=8，两个最近的碳原子距离是体对角线的1/4，两个最近的碳原子距离是2r，因此有r= a，空间占有率是原子的体积与晶胞体积的比值，金刚石晶胞中有8个碳原子，其体积为 ，晶胞的体积为a3，因此空间占有率为=。