Question

【題目】碳元素不僅能形成豐富多彩的有機化合物，而且還能形成多種無機化合物，同時自身可以形成多種單質，碳及其化合物的用途廣泛。

（1）C60分子中每個原子接2個單鍵和1個雙鍵，它與F2發生加成反應，其加成產物為_____；C60的晶體中，每個C60晶胞的質量為_______。（用含NA的式子表示）

（2）干冰和冰是兩種常見的分子晶體，下列關于兩種晶體的比較中正確的是_______。

a．晶體的密度：干冰＞冰 b．晶體的熔點：干冰＞冰

c．晶體中的空間利用率：干冰＞冰 d．晶體中分子間相互作用力類型相同

（3）金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質，下列關于這兩種單質的敘述中正確的有____。

a．金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化；

b．晶體中共價鍵的鍵長：金剛石中C—C＜石墨中C—C；

c．晶休的熔點：金剛石＞石墨

d．晶體中共價鍵的鍵角：金剛石＞石墨

e．金剛石晶體中只存在共價鍵，石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力

f．金剛石和石墨的熔點都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體

（4）金剛石晶胞結構如圖，立方BN結構與金剛石相似，在BN晶體中，B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為_______，B原子與N原子之間共價鍵與配價鍵的數目比為_____，一個晶胞中N 原子數目為_______。

（5）炭與孔雀石共熱可以得到金屬銅，基態銅原子的電子排布式為_______，銅采用_____堆積，則銅的晶體中Cu 原子的配位數為________。已知銅單質的晶體密度為pg/cm3，Cu的相對原子質量為M，阿伏伽德羅常數NA，則Cu的半徑為________。

Answer 1

【答案】 C60F60 ac ae 正四面體 3:1 4 [Ar]3d104s1 面心立方最密堆積 12 cm

【解析】（1）C60分子含有30個共價鍵，發生加成反應時一個C60分子中含有的碳碳雙鍵個數和氟氣分子個數相同，1molC60分子中30mol碳碳雙鍵，所以需要30mol氟氣，所以其加成產物的化學式為：C60F60；C60晶體為面心立方排布，所以每個C60晶胞有4個C60分子 （面心3個，頂點1個），所以一個C60晶胞=4×60/NA×12=2880/NAg；（2）a、水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導致水分子形成冰時存在較大的空隙，密度比水小，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，密度比水大，a正確；b、冰融化時氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，融化時破壞范德華力，氫鍵比范德華力強，故晶體的熔點冰＞干冰，b錯誤；c、水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導致水分子形成冰時存在較大的空隙，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，晶體中的空間利用率：干冰＞冰，c正確；d、干冰分子之間存在范德華力，水分子間存在氫鍵，晶體中分子間相互作用力類型不相同，d錯誤，答案選ac；（3）a、金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，碳原子的雜化類型為sp3雜化；石墨中的碳原子與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成平面正六邊形結構，碳原子的雜化類型為sp2雜化，a正確；b、sp2雜化中，s軌道的成分比sp3雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價鍵更短，更牢固，即石墨的層內共價鍵鍵長比金剛石的鍵長短，b錯誤；c、石墨的層內共價鍵鍵長比金剛石的鍵長短，作用力更大，破壞化學鍵需要更大能量，所以晶體的熔點金剛石＜石墨，c錯誤；d、金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成正六角形的平面層狀結構，鍵角為120°，d錯誤；e、金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成正六角形的平面層狀結構，而每個碳原子還有一個2p軌道，其中有一個2p電子．這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構成的平面，形成了大π鍵．因而這些π電子可以在整個碳原子平面上活動，類似金屬鍵的性質，石墨為層狀結構，層與層之間通過范德華力連接，說明晶體中含有共價鍵、金屬鍵、范德華力，e正確；f、金剛石是原子晶體，石墨為層狀結構，層與層之間通過范德華力連接，石墨為混合型晶體，不屬于原子晶體，f錯誤；答案選ae；（4）由金剛石的晶胞結構可知，晶胞內部有4個C原子，面心上有6個C原子，頂點有8個C原子，在BN晶體中，每個B原子和4個N原子形成共價鍵，所以B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為正四面體；B原子的配位數是4，B原子與N原子之間共價鍵的數目是12，所以B原子與N原子之間共價鍵的數目與配位鍵的數目比為 3：1，一個晶胞中N原子數目為 4；（5）Cu的晶胞屬于面心立方晶胞，其配位數=3×8×1/2=12，銅是29號元素，核外電子排布式為[Ar]3d104s1；金屬銅采用面心立方最密堆積，晶胞內Cu原子數目為8×1/8+6×1/2=4，令銅原子的半徑為rcm，則晶胞的棱長為，所以，解得cm。