Question

【題目】I.碳元素的單質有多種形式，如圖依次是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)C、N、O三種元素的第一電離能由小到大的順序是______________。

(4)C60屬于_____________晶體，石墨屬于_____________晶體。

(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。

II.FeO晶體結構如下圖所示，FeO晶體中Fe2+距離最近且相等的Fe2+有________個。若該晶胞邊長為b cm，則該晶體的密度為_________g·cm-3。(用NA表示阿伏伽德羅常數)

Answer 1

【答案】同素異形體 sp3 sp2 C＜O＜N 分子 混合 8 12

【解析】

I．(1)同種元素形成的不同單質互為同素異形體，所以金剛石、石墨、C60、碳納米管互為同素異形體；

(2)據圖可知金剛石中C原子形成4個σ鍵，所以為sp3雜化；石墨烯中C原子形成3個σ鍵，不含孤電子對，所以為sp2雜化；

(3)同周期元素自左至右第一電離能呈增大趨勢，但是N原子2p軌道為半充滿狀態，更穩定，所以第一電離能C＜O＜N；

(4)C60存在C60分子，靠分子間作用力聚集，所以為分子晶體；據圖可知石墨晶體中存在碳原子形成的層狀結構，各個層之間又靠分子間作用力結合，所以為混合晶體；

(5)根據均攤法，金剛石晶胞含有=8個碳原子；位于體對角線上的碳原子緊密相連，每個碳原子與周期4個碳原子形成正四面體結構，由幾何關系可知，體對角線應為兩個碳原子中心距離的4倍，碳原子半徑的8倍，所以=8r，r=a；

II．以頂面面心的Fe2+為例，位于頂面頂點的4個以及相鄰4個面的面心的4個Fe2+距離該Fe2+最近且相等，該晶胞上方的晶胞的面心還有4個，所以FeO晶體中Fe2+距離最近且相等的Fe2+有12個；根據均攤法，該晶胞中Fe2+的個數為=4，晶體化學式為FeO，所以晶胞中O2ˉ的個數為4，則晶胞的質量m=g，晶胞邊長b cm，則晶胞的體積V=b3 cm3，所以晶胞的密度=g/cm3。