Question

瑞典皇家科学院宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予  英国曼彻斯特大学科学家安德烈?海姆和康斯坦丁?诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料．具有原子级的厚度、优异的电学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性．制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等．石墨烯的球棍模型及分子结构如图1所示．
（1）下列有关石墨烯说法正确的是

BD

．（填序号）
A．石墨烯中的C原子杂化方式均为sp³
B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面
C．石墨烯与石墨互为同位素
D．12g石墨烯含σ键数为1.5N_A
（2）化学气相沉积法是制备石墨烯的方法之一，该方法包括如下步骤：将带有催化剂的衬底放入无氧的反应器中，使衬底的温度达到500～1200℃，然后向所述反应器中通入含碳物质，得到石墨烯．其中，催化剂为金、铜或钴等金属或合金，含碳物质可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合．
①基态钴原子的外围电子排布式为

[Ar]3d⁷4s²

．
②乙醇沸点比氯乙烷高，主要原因是

乙醇分子间可形成氢键，而氯乙烷分子间无氢键

．
③如图2是金与铜形成的合金的一个晶胞，晶体中Au与Cu的原子个数比为

1：3

．每个Au原子周围等距离且最近的Cu原子数为

12

．
④乙炔可由CaC₂与水反应制得，与CaC₂中C₂^2-互为等电子体的有

N₂

、

O₂²⁺

．（写出符合条件的一种分子和一种离子的化学式）

Answer 1

分析：（1）根据石墨烯的结构分析，石墨烯是一种平面结构，根据一个碳原子含有的σ键判断12g石墨烯中含有的σ键个数；根据价层电子对互斥理论确定其杂化方式；
（2）①根据构造原理书写钴原子在基态时的核外电子排布式．
②根据氢键对物质熔沸点的影响分析．
③利用均摊法确定原子个数比；
④原子个数相等价电子数相等的微粒是等电子体．

解答：解：（1）A．石墨烯中的C原子杂化方式均为sp²，故错误；
B．碳碳双键上所有原子都处于同一平面，所以导致石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面，故正确；
C．同位素是质子数相同中子数不同的同一元素的不同原子，故错误；
D．石墨烯中一个碳原子具有1.5个σ键，所以12g石墨烯含σ键数为1.5N_A，故正确；
故选BD；
（2）①钴是27号元素，钴原子核外有27个电子，根据构造原理书写基态原子的核外电子排布式，注意向排4s电子再排3d电子，所以基态钴原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁷4s²．
故答案为[Ar]3d⁷4s²．     
②分子晶体中，物质的熔沸点随着相对分子质量的增大而增大，但乙醇分子间能形成氢键导致乙醇的熔沸点大于氯乙烷的熔沸点．
故答案为：乙醇分子间可形成氢键，而氯乙烷分子间无氢键．
③每个晶胞中含有的铜原子数=

1

2

×6=3，含有的金原子数=8×

1

8

=1，金原子和铜原子个数比是1：3，每个Au原子周围等距离且最近的Cu原子数3×8÷2=12．
故答案：1：3，12．
④原子个数相等价电子数相等的微粒是等电子体，与C₂^2-互为等电子体的有N₂、O₂²⁺，
故答案为：N₂、O₂²⁺．

点评：本题考查了物质结构知识，难度较大，注意中心原子的杂化类型、配位数的确定，这些都是高考的重点．