Question

【题目】碳及其化合物广泛存在于自然界中，回答下列问题：

（1）在基态碳原子中，核外存在______对自旋相反的电子。

（2）碳是形成化合物种类最多的元素：常见的有机物CH3COOH中c原子轨道杂化类型为___________，乙酸中官能团的名称为__________________。

（3）碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：

①金刚石、石墨烯（指单层石墨）中C-C键夹角大小为石墨烯________金刚石（填“>”或“<”）。

②已知金刚石里C-C键长为154pm，石墨里C-C键长为142 pm，C60、石墨、金刚石熔点从高到低的顺序为______________________；其中石墨与金刚石熔点高低顺序的原因为：_____________________________________________。

③一个金刚石晶胞含有_______个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r=_________a。

④石墨晶胞如图虚线所示，切出来的晶胞如图所示，则一个石墨晶胞含有碳原子个数为_________，已知石量的密度为ρg/cm3,层内的碳原子核向距为dcm，阿伏加德罗常数的值为NA，计算石墨晶体的层间距为_________cm。（C的相对原子质量为12）

Answer 1

【答案】 2 sp3、sp2 羧基 > 石墨>金刚石>C60 石墨C-C键长小于金刚石C-C键长。所以石墨键能大于金刚石键能。熔点高于金刚石 8 4 16/(3ρNAd2)

【解析】（1）碳原子核电荷数为6，核外电子排布为1s22s22p2, 在基态碳原子中，核外存在2对自旋相反的电子；正确答案：2。

（2）CH3COOH中甲基上的碳原子形成4个单键，是sp3杂化，羧基上的碳原子形成1个碳氧双键、2个单键，是sp2杂化；醋酸分子中含有羧基官能团；正确答案：sp3、sp2；羧基。

（3）①石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp杂化轨，夹角120°；金刚石C采取sp3杂化,形成正四面体的结构,夹角为109.5°；因此C-C键夹角为石墨烯大于金刚石；正确答案：>。

②由题给信息可知，金刚石为原子晶体，熔沸点较高，C60为分子晶体，熔沸点低；但石墨C-C键长小于金刚石C-C键长，所以石墨键能大于金刚石键能，熔点高于金刚石；因此C60、石墨、金刚石熔点从高到低的顺序为石墨>金刚石>C60 ；正确答案：石墨>金刚石>C60 ；石墨C-C键长小于金刚石C-C键长，所以石墨键能大于金刚石键能，熔点高于金刚石。

③根据晶胞图可知，一个金刚石晶胞含有碳原子个数为8×1/8+6×1/2+4=8；金刚石不是密堆积结构，设体心有一个球，沿体对角线方向有5个球，体对角线距离为，解得r= ；正确答案：8； 。

④石墨的晶胞结构如图所示，设晶胞的底边长为acm，高为hcm，层间距为xcm，则h=2x，由图可以看出1个石墨晶胞中含有4个碳原子(4=8×1/8+4×1/4+2×1/2+1)。则由图可知:a/2= d×sin 60°，得a= ；为ρg/cm3==，整理得x=；正确答案：4； 。