Question

2．随着科学技术的发展，人们对石墨开发了许多新用途，广泛用于石油化工、原子能等工业领域．

（1）石墨的层状结构如图1所示，石墨中碳原子的杂化类型为sp²，图中7个六元环实际占有的碳原子数是14．
（2）由石墨可制石墨烯（如图2），下列有关石墨烯说法正确的是BD．
A．石墨烯的结构与金刚石相似  
B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面
C．12g石墨烯含σ键数为N_A
D．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用
（3）石墨能与熔融金属钾作用，形成蓝色的C₂₄K、灰色的C₄₈K、C₆₀K等．有一种青铜色的C_xK中K原子（用o表示）的分布如图3所示，则x=8；另有一种石墨化合物C₃₂K，其中K原子的分布也类似图的正六边形，该正六边形的边长是图中正六边形边长的2倍．

Answer 1

分析 （1）由图可知，每个碳原子形成3个共价键，则价层电子对数为3；每个六元环中含有6个碳原子，每个碳原子被三个环共用；
（2）A．石墨烯属于平面结构，金刚石属于立体结构；
B．石墨烯是一种平面结构；
C．根据一个碳原子含有的σ键判断12g石墨烯中含有的σ键个数；
D．根据石墨中层与层之间存在作用力分析．
（3）利用均摊法计算碳原子和钾原子个数之比，注意每个钾原子被几个三角形共用；从C₈K变为C₃₂K，C原子数扩大4倍，即图形面积扩大4倍，据此判断．

解答 解：（1）由图可知，每个碳原子形成3个共价键，则碳原子的价层电子对数为3，所以属于sp²杂化；每个六元环中含有6个碳原子，每个碳原子被三个环共用，则平均每个六元环含有2个碳原子，则7个六元环实际占有的碳原子数是14；
故答案为：sp²；14；
（2）A、石墨烯是平面结构，金刚石空间网状结构，故A错误；
B．碳碳双键上所有原子都处于同一平面，所以导致石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面，故B正确；
C．石墨烯中一个碳原子形成三个共价键，每个共价键由两个碳原子构成，则一个碳原子具有1.5个σ键，所以12g石墨烯含σ键数为1.5N_A，故C错误；
D．石墨结构中，石墨层与层之间存在分子间作用力，所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力，故D正确．
故答案为：BD；
（3）可以取三个钾原子形成的小三角形为计算单位，其完全占有的碳原子数是4，占有的钾原子数为$\frac{1}{6}$×3=$\frac{1}{2}$，故碳原子数和钾原子数之比是4：$\frac{1}{2}$=8：1，即x=8；
从C₈K变为C₃₂K，C原子数扩大4倍，即图形面积扩大4倍，则边长为原来的2倍，
故答案为：8；2．

点评 本题考查了物质结构与性质的知识，题目涉及杂化类型的判断、晶胞的计算等，难度中等，注意中心原子的杂化类型、均摊法在晶胞计算中的应用．