Question

【题目】氧化石墨烯基水凝胶是一类新型复合材料，常用 Hummers 法制备氧化石墨烯，具体方法为：将石墨粉和无水 NaNO3 混合后置于浓硫酸中并用冰浴冷却，再用 KMnO4 溶液进行氧化处理，最后用 H2O2 处理即可得到氧化石墨烯。请回 答下列问题。

（1）锗（Ge）元素与碳元素同族，基态 Ge 原子的外围电子排布式是_____。与锗同周期且基态原子未成对 电子数与 Ge 原子相同的元素有_____（用元素符号表示）。

（2）对氧化石墨烯进行还原可得到还原氧化石墨烯，二者的结构如图所示：

①还原石墨烯中碳原子的杂化形式是___________________ 。

②二者当中在水溶液中溶解度更大的是____________ （填物质名称），原因为__________________。

（3）NaNO3 中 NO3－ 的空间构型为_____，写出两种与 NO3－ 的互为等电子体的分子的分子式_____。

（4）金属钾晶体和金属锰晶体的三维空间堆积方式均为体心立方堆积。

①上述两种晶体原子在二维平面放置方式均为_____（填“密置层”或“非密置层”）。

②金属钾和金属锰的熔点分别为 63℃和 1244℃，金属锰的熔点高于金属钾熔点的原因为___________。

（5）中国科学家首次证明了二维冰的存在，二维冰是由两层六角冰无旋转堆垛而成，两层之间靠氢键连接，每个水分子与面内水分子形成三个氢键，与面外水分子形成一个氢键，二维冰结构的模型示意图的侧视图 如图 1 所示，厚度为 a pm，俯视图如图 2 所示，距离最近的两个水分子间的距离为 b pm，设阿伏加德罗常 数的值为 N，二维冰的密度是________________ g·cm3。

Answer 1

【答案】4s24p2 Ti、Ni、Se sp3和sp2 氧化石墨烯 氧化石墨烯中含有的羟基和羧基更多，与水分子间形成的氢键更多，溶解度更大 平面三角形 SO3、BF3 非密置层 锰离子半径比钾离子半径小，价电子数更多，形成的金属键强

【解析】

⑴锗(Ge)元素与碳元素同族，Ge原子电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p2，锗基态原子有2个未成对电子。

⑵①还原石墨烯羧基中的碳原子是3个σ键，无孤对电子，还有4个σ键的碳。

②氧化石墨烯中含有的羟基和羧基比还原石墨烯多，与水分子间形成的氢键更多。

⑶先计算NaNO3中NO3－的价层电子对数，根据价电子N－= O =F+ = S和B2=N，书写与NO3－的互为等电子体的分子的分子式。

⑷①提心立方堆积在二维平面放置方式均为非密置层；②锰离子半径比钾离子半径小，带电荷多，形成的金属键强。

⑸结合图像可知二维冰可看做由棱长为bpm、高为apm的六棱柱堆积而成，先计算每个六棱柱的体积，根据均摊法得到每个六棱柱水分子个数，再氨二维冰的密度。

⑴锗(Ge)元素与碳元素同族，Ge原子电子排布式是1s22s22p63s23p63d104s24p2，基态Ge原子的外围电子排布式是4s24p2。锗基态原子有2个未成对电子，与锗同周期且基态原子未成对电子数与Ge原子相同的元素有Ti、Ni、Se；故答案为：4s24p2；Ti、Ni、Se。

⑵①还原石墨烯羧基中的碳原子是3个σ键，无孤对电子，因此为sp2杂化，还原石墨烯还有4个σ键的碳，其杂化形式是sp3杂化；故答案为：sp3和sp2。

②氧化石墨烯中含有的羟基和羧基比还原石墨烯多，与水分子间形成的氢键更多，溶解度更大，因此二者当中在水溶液中溶解度更大的是氧化石墨烯；故答案为：氧化石墨烯；氧化石墨烯中含有的羟基和羧基更多，与水分子间形成的氢键更多，溶解度更大。

⑶NaNO3中NO3－的价层电子对数，其空间构型为平面三角形，根据价电子N－= O =F+ = S和B2=N，因此与NO3－的互为等电子体的分子的分子式SO3、BF3；故答案为：平面三角形；SO3、BF3。

⑷①上述两种晶体原子在二维平面放置方式均为非密置层；故答案为：非密置层。

②锰离子半径比钾离子半径小，带电荷多，形成的金属键强，因此金属锰的熔点高于金属钾熔点；故答案为：锰离子半径比钾离子半径小，价电子数更多，形成的金属键强。

⑸结合图像可知二维冰可看做由棱长为bpm、高为apm的六棱柱堆积而成，每个六棱柱的体积为，根据均摊法可知每个六棱柱平均含有水分子个数，因此二维冰的密度每个六棱柱的质量；故答案为：。