题目内容
【题目】I.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:
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回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等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)C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是______________。
(4)C60属于_____________晶体,石墨属于_____________晶体。
(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。
II.FeO晶体结构如下图所示,FeO晶体中Fe2+距离最近且相等的Fe2+有________个。若该晶胞边长为b cm,则该晶体的密度为_________g·cm-3。(用NA表示阿伏伽德罗常数)
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【答案】同素异形体 sp3 sp2 C<O<N 分子 混合 8
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【解析】
I.(1)同种元素形成的不同单质互为同素异形体,所以金刚石、石墨、C60、碳纳米管互为同素异形体;
(2)据图可知金刚石中C原子形成4个σ键,所以为sp3杂化;石墨烯中C原子形成3个σ键,不含孤电子对,所以为sp2杂化;
(3)同周期元素自左至右第一电离能呈增大趋势,但是N原子2p轨道为半充满状态,更稳定,所以第一电离能C<O<N;
(4)C60存在C60分子,靠分子间作用力聚集,所以为分子晶体;据图可知石墨晶体中存在碳原子形成的层状结构,各个层之间又靠分子间作用力结合,所以为混合晶体;
(5)根据均摊法,金刚石晶胞含有
=8个碳原子;位于体对角线上的碳原子紧密相连,每个碳原子与周期4个碳原子形成正四面体结构,由几何关系可知,体对角线应为两个碳原子中心距离的4倍,碳原子半径的8倍,所以
=8r,r=
a;
II.以顶面面心的Fe2+为例,位于顶面顶点的4个以及相邻4个面的面心的4个Fe2+距离该Fe2+最近且相等,该晶胞上方的晶胞的面心还有4个,所以FeO晶体中Fe2+距离最近且相等的Fe2+有12个;根据均摊法,该晶胞中Fe2+的个数为
=4,晶体化学式为FeO,所以晶胞中O2ˉ的个数为4,则晶胞的质量m=
g,晶胞边长b cm,则晶胞的体积V=b3 cm3,所以晶胞的密度
=
g/cm3。