Question

石墨烯（如图甲）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（如图乙）．

（1）图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为

 

．
（2）图乙中，1号C的杂化方式是

 

，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）若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H₂O中，则氧化石墨烯中可与H₂O形成氢键的原子有

 

（填元素符号）．
（4）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，晶胞如图丙所示，M原子位于晶胞的棱上与内部，该晶胞中M原子的个数为

 

，该材料的化学式为

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,共价键的形成及共价键的主要类型,键能、键长、键角及其应用

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）由图可知，甲中，1号C与相邻C形成3个C-C键；
（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；
（3）电负性强的O原子与水中的O-H易形成氢键；水中的O原子易与氧化石墨烯中的O-H易形成氢键；
（4）M原子位于晶胞的棱上与内部，C₆₀分子位于顶点和面心，利用均摊法确定M原子和C₆₀分子的个数比，从而确定化学式．

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）水中的O电负性较强，吸引电子能力的强，易与氧化石墨烯中的O-H上的H形成氢键，氧化石墨烯中O与水中的H形成氢键，故答案为：O、H；
（4）M原子位于晶胞的棱上与内部，棱上有12个M，内部有9个M，其个数为12×

1

4

+9=12，C₆₀分子位于顶点和面心，C₆₀分子的个数为8×

1

8

+6×

1

2

=4，M原子和C₆₀分子的个数比为3：1，则该材料的化学式为M₃C₆₀，
故答案为：12；M₃C₆₀．

点评：本题为2014年山东高考化学试题，侧重物质结构与性质的考查，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，注重高考高频考点的考查，题材新颖，较好体现学生分析能力、知识迁移应用能力，题目难度中等．