Question

2．碳是最早被发现和利用的元素之一，长期以来人们以为单质碳的同素异形体只有精钢石、石墨、和无定型碳三种，1985年C₆₀的发现将人类领入认识碳的全新领域--富勒烯，美国科学家Curl和Stnalley教授及英国科学家Kicto教授为此获得了1996年闹贝尔化学奖
（1）C₆₀分子是形如足球状的多面体（如图）由12个五边形和20个六边形组成，分子中每个碳原子只跟相邻的3个的3个碳原子形成化学键．
①C₆₀中C原子的轨道杂化方式是sp²，每个C原子跟相邻的3个碳原子形成3个σ键、1个π键；
②固体C₆₀与金刚石相比较，熔点较高者应是金刚石，理由是C₆₀属于分子晶体而金刚石属于原子晶体
③科学界拟合成一种“二重构造”的球形分子（C₆₀Si₆₀），即把“足球型”的C₆₀置于“足球型”的Si₆₀内并
把硅原子与原子与碳原子以共价键结合，合成“二重构造”球形分子C₆₀Si₆₀的化学反应类似于D（填序号）
A．由乙烷制氯乙烷
B．由乙酸与乙醇制乙酸乙酯
C．有乙醇制取乙醛
D．由乙烯与丙烯合成乙丙树脂
（2）德国和美国科学家首先制出20个碳原子组成的空心笼状分子C₆₀，该笼状结构是由许多正五边形构成（如图2），C₆₀分子共有12个正五边形，共有30条棱边．
（3）2010年，我国科研人员成功合成了碳的又一种碳的同素异形体--石墨块、石墨块是由1，3-二炔键（C=C-C≡C-）将苯环连接形成的二维平面网状结构的全碳分子，有关石墨块的叙述错误的是ABCD
A．所有原子都在一条直线上
B．属于芳香烃
C．属于原子晶体
D．能与氢气反应得到石墨．

Answer 1

分析 （1）①分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键，根据C的四价原理可知，每个碳原子形成2个单键和1个双键，其价层电子对数为3；
②原子晶体的熔点很高，分子晶体的熔点较低；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀内合成“二重构造”球形分子C₆₀Si₆₀，该反应中反应物全部加合在一起，类似有机反应中的加成反应；
（2）根据图片知，每个顶点上有1个碳原子，所以顶点个数等于碳原子个数为20，每个顶点含有棱边数=$\frac{1}{2}$×3=1.5，每个面含有顶点个数=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，利用均摊法计算；
（3）A．分子中含有环状结构；
B．分子中不含有H原子，不是烃；
C．由分子构成，属于分子晶体；
D．与石墨的组成元素相同．

解答 解：（1）①分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键，根据C的四价原理可知，每个碳原子形成2个单键和1个双键，其价层电子对数为3，则轨道杂化方式是sp²，2个单键中含有2个σ键，一个双键中含有1σ键和1个π键，所以每个C原子跟相邻的3个碳原子形成3个σ键、1个π键；
故答案为：sp²；3；1；
②原子晶体的熔点很高，分子晶体的熔点较低，C₆₀属于分子晶体而金刚石属于原子晶体，所以金刚石的熔点高；
故答案为：金刚石；C₆₀属于分子晶体而金刚石属于原子晶体；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀内合成“二重构造”球形分子C₆₀Si₆₀，该反应中反应物全部加合在一起，类似有机反应中的加成反应，所以与由乙烯与丙烯合成乙丙树脂的反应类似；
故答案为：D；
（2）根据图片知，每个顶点上有1个碳原子，所以顶点个数等于碳原子个数为20，每个顶点含有棱边数=$\frac{1}{2}$×3=1.5，则棱边数=1.5×20=30，每个面含有顶点个数=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，则面数=$\frac{20}{\frac{5}{3}}$=12，
故答案为：12；30；
（3）A．石墨块是由1，3-二炔键（C=C-C≡C-）将苯环连接形成的二维平面网状结构的全碳分子，分子中含有环状结构，则所有原子不能都在一条直线上，故A错误；
B．分子中不含有H原子，不是烃，烃是含有碳氢两种元素的有机物，故B错误；
C．由分子构成，属于分子晶体，不是原子晶体，故C错误；
D．与石墨的组成元素相同，与石墨互为同素异形体，所以不能氢气反应得到石墨，故D错误．
故答案为：ABCD．

点评 本题考查了共价键的类型、杂化方式的确定、晶体的性质、晶胞的计算等知识点，题目难度中等，晶胞的计算、杂化方式的判断等都是常考查的知识点．