题目内容
碳元素的单质有多种形式，如图依次是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142pm，而金刚石中C-C键的键长为154pm．其原因是金刚石中只存在C-C间的 共价键，而石墨层内的C-C间不仅存在 共价键，还有 键．
（5）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）．
回答下列问题：
（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管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
（4）石墨晶体中，层内C-C键的键长为142pm，而金刚石中C-C键的键长为154pm．其原因是金刚石中只存在C-C间的
（5）金刚石晶胞含有
考点：真题集萃,同素异形体,晶胞的计算,不同晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别
专题：化学键与晶体结构
分析：（1）都是含有碳元素的不同单质；
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化；
（3）根据组成的微粒类型和微粒间作用力类型判断晶体类型；
（4）根据两种物质的杂化类型分析共价键类型；
（5）利用均摊法计算．
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化；
（3）根据组成的微粒类型和微粒间作用力类型判断晶体类型；
（4）根据两种物质的杂化类型分析共价键类型；
（5）利用均摊法计算．
解答：
解：（1）都是含有碳元素的不同单质，互为同素异形体，故答案为：同素异形体；
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化，故答案为：sp3；sp2；
（3）C60晶体组成微粒为60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；石墨片层内以共价键结合，片层之间以分子间作用力结合，为混合晶体，故答案为：分子；混合；
（4）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，还有一条为杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键，故答案为：σ；σ；π；
（5）晶胞中顶点微粒数为：8×
=1，面心微粒数为：6×
=3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即
a=8r，r=
a；碳原子的体积为：8×
×π×r3，晶胞体积为：a3，碳原子的空间利用率为：
=
=
，
故答案为：8；
a；
．
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化，故答案为：sp3；sp2；
（3）C60晶体组成微粒为60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；石墨片层内以共价键结合，片层之间以分子间作用力结合，为混合晶体，故答案为：分子；混合；
（4）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，还有一条为杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键，故答案为：σ；σ；π；
（5）晶胞中顶点微粒数为：8×
| 1 |
| 8 |
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| ||
| 8 |
| 4 |
| 3 |
| 碳原子总体积 |
| 晶胞体积 |
8×
| ||
| a3 |
| ||
| 16 |
故答案为：8；
| ||
| 8 |
| ||
| 16 |
点评：本题主要考查晶胞结构与计算，晶胞结构对学生的空间想象有一定的要求，尤其是第（5），注意利用均摊法进行计算，难度较大．
练习册系列答案
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①水结成冰体积膨胀，密度变小 ②水加热到很高温度都难以分解
③HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 ④对羟基苯甲醛的沸点高于邻羟基苯甲醛
⑤Cl2、Br2、I2单质熔点随相对分子质量增大而升高 ⑥NH3极易溶于水中．
①水结成冰体积膨胀，密度变小 ②水加热到很高温度都难以分解
③HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱 ④对羟基苯甲醛的沸点高于邻羟基苯甲醛
⑤Cl2、Br2、I2单质熔点随相对分子质量增大而升高 ⑥NH3极易溶于水中．
| A、①④⑥ | B、①②③④⑤ |
| C、①④ | D、①②③ |
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