Question

1985年，科學家發現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。

    試回答下列問題：

    (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鍵的鍵角都是              (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，還需解決制得H₂后的貯存問題，在上述四種碳單質中有可能成為貯氫材料的是           。

Answer 1

解析：(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在四種單質中C原子排列的方式不同(由題給出的四種圖形可以看出)，晶體結構不盡相同。(2)由于足球烯、碳納米管、金剛石和石墨互為同素異形體，其中碳原子最外層電子數均為4個，所以常溫下足球烯和碳納米管的化學性質與金剛石和石墨的活潑程度幾乎一樣。(3)據圖分析：一個C原子為3個六邊形共用，所以一個C原子實際提供給其中一個六邊形的為1/3；一個C—C鍵為兩個六邊形共用，所以一個C—C鍵實際提供給其中一個六邊形的為1/2，因此每個正六邊形平均所占有的C原子數與C—C鍵數之比為(6×1/3)∶(6×1/2)=2∶3。(4)在金剛石的網狀結構中，含有共價鍵形成的碳原子環中最小的環上有6個碳原子，由于金剛石的網狀結構中每個碳原子為中心與周圍4個碳原子形成正四面體結構，所以每個碳原子上的任兩個C—C鍵的鍵角都是109°28′。(5)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。

答案：(1)碳原子排列方式不同，晶體結構不盡相同?(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