Question

【題目】碳元素不僅能形成豐富多彩的有機(jī)化合物，而且還能形成多種無(wú)機(jī)化合物，同時(shí)自身可以形成多種單質(zhì)，碳及其化合物的用途廣泛。

（1）分子的晶體中，在晶胞的頂點(diǎn)和面心均含有一個(gè)分子，則一個(gè)晶胞的質(zhì)量為_______。

（2）干冰和冰是兩種常見(jiàn)的分子晶體，下列關(guān)于兩種晶體的比較中正確的是_____（填字母）。

a.晶體的熔點(diǎn)：干冰>冰

b.晶體中的空間利用率：干冰>冰

c.晶體中分子間相互作用力類型相同

（3）金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見(jiàn)單質(zhì)，下列關(guān)于這兩種單質(zhì)的敘述中正確的是______（填字母）。

a.金剛石中碳原子的雜化類型為雜化，石墨中碳原子的雜化類型為雜化

b.晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)：金剛石中<石墨中

C.晶體的熔點(diǎn)：金剛石>石墨

d.晶體中共價(jià)鍵的鍵角：金剛石>石墨

e.金剛石晶體中只存在共價(jià)鍵，石墨晶體中則存在共價(jià)鍵、金屬鍵和范德華力

f.金剛石和石墨的熔點(diǎn)都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體

（4）金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如下圖，立方結(jié)構(gòu)與金剛石相似，在晶體中，原子周圍最近的原子所構(gòu)成的立體圖形為_______，原子與原子之間共價(jià)鍵與配位鍵的數(shù)目比為_______，一個(gè)晶胞中原子數(shù)目為___________。

（5）已知單質(zhì)的晶體密度為，的相對(duì)原子質(zhì)量為，阿伏加德羅常數(shù)為，則的原子半徑為_________。

Answer 1

【答案】 b ae 正四面體 3：1 4

【解析】

（1）C60晶體為面心立方排布，所以每個(gè)C60晶胞有4個(gè)C60分子 （面心3個(gè)，頂點(diǎn)1個(gè)），所以一個(gè)C60晶胞的質(zhì)量為 ；

答案為：；

（2）a．冰融化時(shí)氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，融化時(shí)破壞范德華力，氫鍵比范德華力強(qiáng)，故晶體的熔點(diǎn)冰＞干冰，故a錯(cuò)誤；b．水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導(dǎo)致水分子形成冰時(shí)存在較大的空隙，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，晶體中的空間利用率：干冰＞冰，故b正確；c．干冰分子之間存在范德華力，水分子間存在氫鍵，晶體中分子間相互作用力類型不相同，故c錯(cuò)誤；

答案為：b；

（3）a．金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，碳原子的雜化類型為sp3雜化；石墨中的碳原子與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成平面正六邊形結(jié)構(gòu)，碳原子的雜化類型為sp2雜化，故a正確；b．sp2雜化中，s軌道的成分比sp3雜化更多，而且石墨的碳原子還有大π鍵所以形成的共價(jià)鍵更短，更牢固，即石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，故b錯(cuò)誤；c．石墨的層內(nèi)共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)比金剛石的鍵長(zhǎng)短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量，所以晶體的熔點(diǎn)金剛石＜石墨，故c錯(cuò)誤；d．金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，故d錯(cuò)誤；e．金剛石中碳原子與四個(gè)碳原子形成4個(gè)共價(jià)單鍵，構(gòu)成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以σ鍵結(jié)合，形成正六角形的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個(gè)碳原子還有一個(gè)2p軌道，其中有一個(gè)2p電子．這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大π鍵．因而這些π電子可以在整個(gè)碳原子平面上活動(dòng)，類似金屬鍵的性質(zhì)，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接，說(shuō)明晶體中含有共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力，故e正確；f．金剛石是原子晶體，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)范德華力連接，石墨為混合型晶體，不屬于原子晶體，故f錯(cuò)誤；

答案為：ae；

（4）由金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，面心上有6個(gè)C原子，頂點(diǎn)有8個(gè)C原子，在BN晶體中，每個(gè)B原子和4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，所以B原子周圍最近的N原子所構(gòu)成的立體圖形為正四面體；B原子的配位數(shù)是4，B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目是12，所以B原子與N原子之間共價(jià)鍵的數(shù)目與配位鍵的數(shù)目比為 3：1，一個(gè)晶胞中N原子數(shù)目為 4；

答案為：正四面體；3：1；4；

（5）已知單質(zhì)的晶體密度為，的相對(duì)原子質(zhì)量為，是面心立方最密堆積，故晶胞內(nèi)有4個(gè)Cu分子 （面心3個(gè)，頂點(diǎn)1個(gè)），阿伏加德羅常數(shù)為，晶胞的體積為： ，又 ，則 。