Question

【化学——选修3：物质结构与性质】（15分）

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)基态碳原子的核外电子有         种运动状态。

(2)图(a)中，1号C与相邻C形成σ键的个数为________。

(3)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。

(4)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)。

(5)石墨烯可转化为富勒烯分子(C₆₀)，C₆₀属于________晶体，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

【知识点】物质结构与性质  N2 N3 N4

【答案解析】(1)   6  (2分)

 (2)   3  (2分)

 (3)   sp³  (2分)   <  (2分)

 (4)   O、H  (2分)

 (5)   12  (2分)     M₃C₆₀  (3分)

解析：（1）碳原子核外有6个电子，每一个运动状态都不同，故答案为6种

（2）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；

（3）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；＜；

（4）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；

（5）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．

【思路点拨】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．