Question

石墨烯[如图(a)所示]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(b)所示]。

　

(a)石墨烯结构　　　　　(b)氧化石墨烯结构

(1)图(a)中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

(2)图(b)中，1号C的杂化方式是________，该C与相邻C形成的键角________(填“>”“<”或“＝”)图(a)中1号C与相邻C形成的键角。

(3)若将图(b)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

(1)3

(2)sp³　<

(3)O、H

(4)12　M₃C₆₀

[解析] (1)由图(a)可知，1号C与另外3个碳原子形成3个σ键。(2)图(b)中1号C与3个碳原子、1个氧原子共形成4个σ键，其价层电子对数为4，C的杂化方式为sp³；该C与相邻C的键角约为109°28′，图(a)中1号C采取sp²杂化，碳原子间夹角为120°。(3)氧化石墨烯中“—OH”的O可与H₂O中的H形成氢键、氧化石墨烯中“—OH”的H可与H₂O中的O形成氢键，氧化石墨烯中可与H₂O形成氢键的原子有O、H。(4)利用“均摊法”可知该晶胞棱上12个M完全属于该晶胞的M为12×＝3，位于晶胞内的9个M完全属于该晶胞，故该晶胞中M原子的个数为12；该晶胞中含有C₆₀的个数为8×＋6×＝4，因此该晶胞的化学式为M₃C₆₀。