問題詳情:
.碳元素的單質有多種形式,下圖依次是C60、石墨和金剛石的結構圖:
回答下列問題:
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質形式,它們互為_________。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為________、________。
(3)C60屬於_________晶體,石墨屬於________晶體。
(4)石墨晶體中,層內C—C鍵的鍵長為142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm,其原因是金剛石中只存在C—C間的________共價鍵,而石墨層內的C—C間不僅存在_________共價鍵,還有_________鍵。
(5)金剛石晶胞含有________個碳原子。若碳原子半徑為r,金剛石晶胞的邊長為a,根據硬球接觸模型,則r=________a,列式表示碳原子在晶胞中的空間佔有率________(用含π分數形式表示,不要求寫成百分數)。
【回答】
【*】 (1). 同素異形體 (2). sp3 (3). sp2 (4). 分子 (5). 混合 (6). σ (7). σ (8). π (9). 8 (10). (11).
【解析】
【分析】
(1)由同種元素組成的不同單質互稱同素異形體;
(2)根據價層電子對互稱理論確定原子雜化類型;
(3)分子晶體的構成微粒是分子,原子晶體的構成微粒是原子;
(4)sp3雜化的碳原子之間形成的共價鍵為σ鍵,sp2雜化的碳原子之間形成的共價鍵中含有σ鍵和π鍵;
(5)利用均攤法分析計算。
【詳解】(1)由同種元素組成的不同單質互稱同素異形體,金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質形式,屬於同素異形體,故*為:同素異形體;
(2)金剛石中每個碳原子價層電子對個數是4,所以C原子雜化方式為sp3,石墨烯中每個碳原子價層電子對個數是3,所以碳原子雜化方式為sp2,故*為:sp3;sp2;
(3)C60的構成微粒是分子,所以屬於分子晶體;石墨的構成微粒是原子,且層與層之間存在分子間作用力,所以石墨屬於混合型晶體,故*為:分子;混合;
(4)sp3雜化的碳原子之間形成的共價鍵為σ鍵,sp2雜化的碳原子之間形成的共價鍵中含有σ鍵和π鍵,因此,金剛石中碳原子之間都是碳碳單鍵,只存在σ鍵,石墨中存在自由移動的電子,碳原子之間存在σ鍵和π鍵,故*為:σ;σ;π
(5)晶胞中頂點微粒數為:8×=1,面心微粒數為:6×=3,體內微粒數為4,共含有8個碳原子;晶胞內部含有四個碳原子,則晶胞體對角線長度是碳原子直徑的8倍,即 a=8r,r=a;8個碳原子的體積為:8××π×r3,晶胞體積為:a3,碳原子的空間利用率為: == ,故*為:8;;。
【點睛】本題的易錯點和難點為(5),要注意利用均攤法進行計算,關鍵是注意原子半徑與晶胞參數的關係。
知識點:物質結構 元素週期律
題型:填空題