Question

【題目】英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法從石墨中成功獲得超薄材料石墨烯而獲獎(jiǎng)。制備石墨烯方法有石墨剝離法、化學(xué)氣相沉積法等。石墨烯的球棍模型示意圖如圖：

（1）下列有關(guān)石墨烯說法正確的是______。

a．12 g石墨烯含鍵數(shù)為NA

b．石墨烯分子中所有原子可以處于同一平面

c．從石墨剝離得石墨烯需克服石墨層與層之間的分子間作用力

d．石墨烯中每個(gè)C原子連接3個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)占有6個(gè)C原子

（2）化學(xué)氣相沉積法是獲得大量石墨烯的有效方法之一，催化劑為金、銅、鈷等金屬或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一種或任意組合。

①基態(tài)銅原子能量最高的電子占據(jù)的能級符號是_____；第四周期元素中，最外層電子數(shù)與銅相同的元素還有______。

②下列分子屬于非極性分子的是______。

a．甲烷 b．二氯甲烷 c．苯 d．乙醇

③乙醇的沸點(diǎn)要高于相對分子質(zhì)量比它還高的丁烷，請解釋原因______。

④酞菁與酞菁銅染料分子結(jié)構(gòu)如下圖1，酞菁分子中碳原子采用的雜化方式是______。

⑤金與銅可形成的金屬互化物合金（如上圖2），它的化學(xué)式可表示為______；在Au周圍最近并距離相等的Cu有______個(gè)，若2個(gè)Cu原子核的最小距離為d pm，該晶體的密度可以表示為______g/cm3。（阿伏加德羅常數(shù)用NA表示）

Answer 1

【答案】 bc 3d K、 Cr a、c 乙醇分子間可形成氫鍵而丁烷分子間不能形成氫鍵 sp2 Cu3Au或AuCu3 12

【解析】（1）由圖示得到，石墨烯中碳原子的雜化類型為sp2，所以每個(gè)碳原子應(yīng)該形成3個(gè)σ鍵，而每形成1個(gè)σ鍵需要2個(gè)碳原子，所以C∶σ鍵＝2∶3，因此12g石墨烯（1molC）中的σ鍵為1.5mol，選項(xiàng)a錯(cuò)誤。石墨烯中所有的碳原子都是sp2雜化，所以所有的碳原子都在同一個(gè)平面，選項(xiàng)b正確。石墨晶體中石墨層與層之間存在的是分子間作用力，所以選項(xiàng)c正確。石墨烯中每個(gè)C原子連接3個(gè)六元環(huán)，所以每個(gè)C原子在一個(gè)六元環(huán)中只能分得1/3，所以每個(gè)六元環(huán)占有6×1/3=2個(gè)C原子，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。

（2）①銅是29號元素，核外電子排布式為[Ar]3d104S1，根據(jù)鮑林的近似能級圖得到其中能量最高的能級為3d。第四周期，最外層電子數(shù)與Cu相同都是1個(gè)電子的是K(4s1)和Cr（3d54s1）。

②甲烷（正四面體）和苯（正六邊形）都是高度對稱的分子，所以是非極性分子；而二氯甲烷是變形四面體結(jié)構(gòu)是極性分子，乙醇顯然是極性分子。

③乙醇沸點(diǎn)高于丁烷的原因是，乙醇有-OH，可以形成分子間氫鍵，從而提高了沸點(diǎn)。

④酞菁分子中碳都形成了雙鍵，或者都是苯環(huán)中的碳原子，所以都是sp2雜化。

⑤金原子占據(jù)晶胞的頂點(diǎn)，所以有8×＝1個(gè)；銅原子占據(jù)6個(gè)面心，所以有6×＝3個(gè)，所以化學(xué)式為Cu3Au或AuCu3。如果以圖2晶胞的體心為頂點(diǎn)，以頂點(diǎn)的金原子為體心，可以得到一個(gè)新的晶胞，該新晶胞中金原子在體心，銅原子位于12條棱的棱心，所以在Au周圍最近并距離相等的Cu有12個(gè)。由立體幾何知識得到圖2中兩個(gè)Cu原子核的最小距離為晶胞面對角線的一半，所以面對角線的長度為2d pm，所以晶胞邊長為2d/＝d pm＝d×10-10 cm。晶胞體積為邊長的立方為：d3×10-30 cm3，晶胞中含有1個(gè)Au和3個(gè)Cu，所以晶胞的質(zhì)量為(197+3×64)/NA，質(zhì)量除以體積得到晶胞密度為： g/cm3。