Question

1985年，科學家發現的C₆₀分子是由60個碳原子構成的，它的形狀像足球(圖C)。因此又叫足球烯。1991年科學家又發現一種碳的單質——碳納米管，它是由六邊環形的碳原子構成的管狀大分子(圖D)，圖A、圖B分別是金剛石和石墨的結構示意圖。圖中小黑點或小黑圈均代表碳原子。

試完成下列問題：

(1)金剛石、石墨、足球烯和碳納米管物理性質存在較大差異的原因是：___________________。

(2)常溫下足球烯和碳納米管的化學性質是否比金剛石和石墨活潑？________(填“活潑”和“一樣”)，理由是：_________________________。

(3)由下邊石墨的晶體結構俯視圖可推算在石墨晶體中，每個正六邊形平均所占有的C原子數與C—C鍵數之比為________。

(4)在金剛石的網狀結構中，含有共價鍵形成的碳原子環、其中最小的環上有________(填數字)個碳原子，每個碳原子上的任兩個C—C鍵的夾角都是________(填角度)。

(5)燃氫汽車之所以尚未大面積推廣除較經濟的制氫方法尚未完全解決外，制得H₂后還需解決貯存問題，在上述四種碳單質中有可能成為貯氫材料的是：________。

Answer 1

(1)碳原子排列不同

(2)一樣  碳原子最外層電子數為4，在常溫下不易得失電子

(3)2∶3

(4)6  109°28′

(5)碳納米管

解析：本題以碳元素的四種單質的空間結構圖為中心命題點，綜合了物質結構等有關屬于《考試大綱》規定應綜合應用的知識點，綜合考核考生從實物圖、平面圖中提取解題信息的自學能力和空間想象能力。解答本題可從如下兩個方面展開思維：

(1)在碳元素所形成的四種單質中，其物理性質差異較大的原因是因為在四種單質中C原子排列的方式不同(由題給四種圖形可以看出)。

(2)充分利用碳元素所形成的四種單質物質結構示意圖展開空間想象。例如碳納米管表面積大，故可作為貯氫材料。