Question

2．碳單質(zhì)及其化合物有廣泛的應用．

（1）碳的同素異性體金剛石、石墨和C₆₀晶體中，能溶于有機溶劑的是C₆₀，原因是C₆₀是分子晶體．
（2）CH₃COCH=CHCH₃分子中，C原子所采取的雜化類型有sp³、sp²．
（3）石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖1所示，圖中用虛線標出了石墨的一個六方晶胞．該晶胞中含有的碳原子數(shù)為4個．
（4）石墨烯是一種由單層碳原子構成的平面結(jié)構新型碳材料，如圖2所示．1mol石墨烯中含有的六元環(huán)個數(shù)為0.5N_A，下列有關石墨烯說法正確的是bc．
a．晶體中碳原子間全部是碳碳單鍵
b．石墨烯中所有碳原子可以處于同一個平面
c．從石墨中剝離得到石墨烯需克服分子間作用力
（5）石墨烯可轉(zhuǎn)化為C₆₀，C₆₀的結(jié)構如圖3所示，該分子是由五邊形和六邊形構成的球體，其中五邊形有12個，六邊形有20個．
（6）金剛石晶胞如圖4所示，則金剛石晶胞中原子的配位數(shù)為4，原子空間利用率為34.01%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)相似相溶原理分析C₆₀易溶于有機溶劑的原因；
（2）該分子中甲基上C原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對，連接碳碳雙鍵或碳氧雙鍵的碳原子價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式；
（3）利用均攤法確定原子個數(shù)；
（4）石墨烯中每個碳原子被3個環(huán)共用，所以每個環(huán)上有2個碳原子，據(jù)此計算六元環(huán)個數(shù)；
a．在晶體中每一個碳原子與另三個碳原子間形成兩個碳碳單鍵和一個碳碳雙鍵；
b．石墨烯中每一個碳原子與另三個碳原子間形成兩個碳碳單鍵和一個碳碳雙鍵，所有碳原子可以處于同一個平面；
c．石墨中層與層之間存在分子間作用力；
（5）每個碳原子被3個環(huán)共用，則每個六元環(huán)中含有2個C原子，每個五元環(huán)中含有$\frac{5}{3}$個原子，據(jù)此計算六元環(huán)個數(shù)；
（6）金剛石晶胞中每個C原子和四個C原子形成共價鍵，所以C原子的配位數(shù)是4，該晶胞中C原子個數(shù)為4+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，設原子半徑為xcm，兩個原子中心的距離為晶胞體對角線的$\frac{1}{4}$，所以其體對角線距離為8xcm，則晶胞邊長=$\sqrt{\frac{64}{3}}$xcm，晶胞體積=（$\sqrt{\frac{64}{3}}$xcm）³，該晶胞中總的C原子體積=8×$\frac{4}{3}$πx³cm³．

解答 解：（1）根據(jù)相似相溶原理，C₆₀易溶于有機溶劑，有機溶劑為分子晶體，則C₆₀為分子晶體，故答案為：C₆₀；
C₆₀為分子晶體；
（2）該分子中甲基上C原子價層電子對個數(shù)是4且不含孤電子對，連接碳碳雙鍵或碳氧雙鍵的碳原子價層電子對個數(shù)是3且不含孤電子對，根據(jù)價層電子對互斥理論判斷C原子雜化方式為sp³、sp²，故答案為：sp³、sp²；
（3）其結(jié)構為，該晶胞中C原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$+1+2×$\frac{1}{2}$=4，
故答案為：4；
（4）石墨烯中每個碳原子被3個環(huán)共用，所以每個環(huán)上有2個碳原子，六元環(huán)個數(shù)=$\frac{1}{2}$mol×N_A/mol=0.5N_A；
a．在晶體中每一個碳原子與另三個碳原子間形成兩個碳碳單鍵和一個碳碳雙鍵，故錯誤；
b．石墨烯中每一個碳原子與另三個碳原子間形成兩個碳碳單鍵和一個碳碳雙鍵，所有碳原子可以處于同一個平面
，故正確；
c．石墨中層與層之間存在分子間作用力，所以從石墨中剝離得到石墨烯需克服分子間作用力，故正確；
故選bc；
（5）每個碳原子被3個環(huán)共用，則每個六元環(huán)中含有2個C原子，每個五元環(huán)中含有$\frac{5}{3}$個原子，六元環(huán)個數(shù)=$\frac{60-12×\frac{5}{3}}{2}$=20，
故答案為：20；
（6）根據(jù)圖知，金剛石晶胞中每個C原子和四個C原子形成共價鍵，所以C原子的配位數(shù)是4，該晶胞中C原子個數(shù)為4+6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=8，設原子半徑為xcm，兩個原子中心的距離為晶胞體對角線的$\frac{1}{4}$，所以其體對角線距離為8xcm，則晶胞邊長=$\sqrt{\frac{64}{3}}$xcm，晶胞體積=（$\sqrt{\frac{64}{3}}$xcm）³，該晶胞中總的C原子體積=8×$\frac{4}{3}$πx³cm³，其空間利用率=$\frac{8×\frac{4}{3}×π×{x}^{3}c{m}^{3}}{（\sqrt{\frac{64}{3}}xcm）^{3}}×100%$=34.01%，
故答案為：4；34.01%．

點評 本題考查物質(zhì)結(jié)構和性質(zhì)，為高頻考點，側(cè)重考查學生分析計算及空間想象能力，涉及晶胞計算、原子雜化類型判斷等知識點，難點是（3）（6）題的計算，知道晶胞空間利用率的計算方法，題目難度中等．