Question

【題目】碳元素的單質(zhì)有多種形式，下圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)示意圖：

回答下列問題：

（1）金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為_______。

（2）金剛石、石墨烯（指單層石墨）中碳原子的雜化形式分別為_____、______。

（3）C60屬于_____晶體，石墨屬于______晶體。

（4）石墨晶體中，層內(nèi)C-C鍵的鍵長為142 pm，而金剛石中C-C鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C-C間的______共價(jià)鍵．而石墨層內(nèi)的C-C間不僅存在_____共價(jià)鍵，還有______鍵。

（5）金剛石晶胞含有_____個(gè)碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a , 根據(jù)硬球接觸模型，則r =_____a。

Answer 1

【答案】 同素異形體 sp3 sp2 分子 混合 δ δ π 8 。

【解析】（1）金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，性質(zhì)不同，它們互稱同素異形體。（2）在金剛石中碳原子的四個(gè)價(jià)電子與四個(gè)C原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，C的雜化形式是sp3；在石墨烯（指單層石墨）中碳原子與相鄰的三個(gè)C原子形成三個(gè)共價(jià)鍵，C的雜化形式為sp2；（3）C60是由60個(gè)C原子形成的分子，屬于分子晶體。而石墨在層內(nèi)原子間以共價(jià)鍵結(jié)合，在層間以分子間作用力結(jié)合，所以石墨屬于混合晶體；（4）在金剛石中只存在C－C間的σ共價(jià)鍵；在石墨層內(nèi)的C－C間不僅存在σ共價(jià)鍵，還存在π鍵。（5）根據(jù)金剛石的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可判斷金剛石晶胞屬A4型，頂點(diǎn)8個(gè)，相當(dāng)于1個(gè)C原子，然后面心上6個(gè)，相當(dāng)于3個(gè)C原子，而在其8個(gè)四面體空隙中有一半也是C原子，且在晶胞內(nèi)，故還有4個(gè)C原子，加在一起，可得一個(gè)金剛石晶胞中有8個(gè)C原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，則正方體對角線的1/4就是C－C鍵的鍵長，即，所以r=a。