Question

【題目】碳及其化合物廣泛存在于自然界中，回答下列問題：

（1）在基態碳原子中，核外存在______對自旋相反的電子。

（2）碳是形成化合物種類最多的元素：常見的有機物CH3COOH中c原子軌道雜化類型為___________，乙酸中官能團的名稱為__________________。

（3）碳元素的單質有多種形式，下圖依次是C60、石墨和金剛石的結構圖：

回答下列問題：

①金剛石、石墨烯（指單層石墨）中C-C鍵夾角大小為石墨烯________金剛石（填“>”或“<”）。

②已知金剛石里C-C鍵長為154pm，石墨里C-C鍵長為142 pm，C60、石墨、金剛石熔點從高到低的順序為______________________；其中石墨與金剛石熔點高低順序的原因為：_____________________________________________。

③一個金剛石晶胞含有_______個碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據硬球接觸模型，則r=_________a。

④石墨晶胞如圖虛線所示，切出來的晶胞如圖所示，則一個石墨晶胞含有碳原子個數為_________，已知石量的密度為ρg/cm3,層內的碳原子核向距為dcm，阿伏加德羅常數的值為NA，計算石墨晶體的層間距為_________cm。（C的相對原子質量為12）

Answer 1

【答案】 2 sp3、sp2 羧基 > 石墨>金剛石>C60 石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長。所以石墨鍵能大于金剛石鍵能。熔點高于金剛石 8 4 16/(3ρNAd2)

【解析】（1）碳原子核電荷數為6，核外電子排布為1s22s22p2, 在基態碳原子中，核外存在2對自旋相反的電子；正確答案：2。

（2）CH3COOH中甲基上的碳原子形成4個單鍵，是sp3雜化，羧基上的碳原子形成1個碳氧雙鍵、2個單鍵，是sp2雜化；醋酸分子中含有羧基官能團；正確答案：sp3、sp2；羧基。

（3）①石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp雜化軌，夾角120°；金剛石C采取sp3雜化,形成正四面體的結構,夾角為109.5°；因此C-C鍵夾角為石墨烯大于金剛石；正確答案：>。

②由題給信息可知，金剛石為原子晶體，熔沸點較高，C60為分子晶體，熔沸點低；但石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長，所以石墨鍵能大于金剛石鍵能，熔點高于金剛石；因此C60、石墨、金剛石熔點從高到低的順序為石墨>金剛石>C60 ；正確答案：石墨>金剛石>C60 ；石墨C-C鍵長小于金剛石C-C鍵長，所以石墨鍵能大于金剛石鍵能，熔點高于金剛石。

③根據晶胞圖可知，一個金剛石晶胞含有碳原子個數為8×1/8+6×1/2+4=8；金剛石不是密堆積結構，設體心有一個球，沿體對角線方向有5個球，體對角線距離為，解得r= ；正確答案：8； 。

④石墨的晶胞結構如圖所示，設晶胞的底邊長為acm，高為hcm，層間距為xcm，則h=2x，由圖可以看出1個石墨晶胞中含有4個碳原子(4=8×1/8+4×1/4+2×1/2+1)。則由圖可知:a/2= d×sin 60°，得a= ；為ρg/cm3==，整理得x=；正確答案：4； 。