Question

科学家发现C₆₀分子由60个碳原子构成，它的形状像足球（图丙），含有键，因此又叫足球烯．1991年科学家又发现一种碳的单质--碳纳米管，是由六边环形的碳原子构成的具有很大表面积管状大分子（图丁），图甲、图乙分别是金刚石和石墨的结构示意图．图中小黑点均代表碳原子．
（1）金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管四种物质互称为

 

，它们在物理性质上存在较大的差异．
（2）由图乙石墨的晶体结构中，推算每个正六边形平均所占有的C原子数与C-C键数之比为

 

．
（3）在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有

 

个碳原子（填数字），每个碳原子上的任两个C-C键的夹角都是

 

 （填角度）．
（4）燃氢汽车之所以尚未大面积推广，除较经济的制氢方法尚未完全解决外，还需解决H₂的贮存问题，上述四种碳单质中有可能成为贮氢材料的是

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,化学键,键能、键长、键角及其应用

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质；
（2）根据均摊法计算碳原子数和碳碳键数目；
（3）根据图象分析最小的环上碳原子个数；根据碳原子与其周围的碳原子形成的结构判断夹角；
（4）根据以上各物质的空间结构考虑．

解答： 解：（1）金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，互为同素异形体，故答案为：同素异形体；
（2）每个碳原子被三个碳环共有，每个碳环含有碳原子数为：

1

3

，；每条碳碳双键被两个碳环共有，每个碳环含有

1

2

条碳碳键，C原子数与C-C键数之比为2：3，
故答案为：2：3；
（3）金刚石是原子晶体，在原子晶体里，原子间以共价键相互结合，形成三维的空间网状结构，最小的环上有6个C原子；在金刚石晶体里，每个碳原子以四个共价键对称的与相邻的4个碳原子结合，碳原子采取sp³杂化方式形成共价键，所以碳原子与其周围的4个碳原子形成正四面体结构，所以夹角是 109°28′，
故答案为：6；109°28'（ 或 109.5°）；
（4）由于碳纳米管表面积大，可以用作贮氢材料，故答案为：碳纳米管．

点评：本题考查物质结构性质，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，以碳元素的四种单质的空间结构图为中心命题点，综合了物质结构中相应的知识点，解决此题应具备一定的处理信息和空间想象能力，题目难度中等．