Question

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

（1）分子的晶體中，在晶胞的頂點和面心均含有一個分子，則一個晶胞的質量為_______。

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

a.晶體的熔點：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單質，下列關于這兩種單質的敘述中正確的是______（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.晶體中共價鍵的鍵長：金剛石中<石墨中

C.晶體的熔點：金剛石>石墨

d.晶體中共價鍵的鍵角：金剛石>石墨

e.金剛石晶體中只存在共價鍵，石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力

f.金剛石和石墨的熔點都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體

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

（5）已知單質的晶體密度為，的相對原子質量為，阿伏加德羅常數為，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C60晶胞有4個C60分子 （面心3個，頂點1個），所以一個C60晶胞的質量為 ；

答案為：；

（2）a．冰融化時氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，融化時破壞范德華力，氫鍵比范德華力強，故晶體的熔點冰＞干冰，故a錯誤；b．水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導致水分子形成冰時存在較大的空隙，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錯誤；

答案為：b；

（3）a．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，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碳原子以σ鍵結合，形成平面正六邊形結構，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鍵所以形成的共價鍵更短，更牢固，即石墨的層內共價鍵鍵長比金剛石的鍵長短，故b錯誤；c．石墨的層內共價鍵鍵長比金剛石的鍵長短，作用力更大，破壞化學鍵需要更大能量，所以晶體的熔點金剛石＜石墨，故c錯誤；d．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，鍵角為109°28′，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成正六角形的平面層狀結構，鍵角為120°，故d錯誤；e．金剛石中碳原子與四個碳原子形成4個共價單鍵，構成正四面體，石墨中的碳原子用sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子以σ鍵結合，形成正六角形的平面層狀結構，而每個碳原子還有一個2p軌道，其中有一個2p電子．這些p軌道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2雜化軌道構成的平面，形成了大π鍵．因而這些π電子可以在整個碳原子平面上活動，類似金屬鍵的性質，石墨為層狀結構，層與層之間通過范德華力連接，說明晶體中含有共價鍵、金屬鍵、范德華力，故e正確；f．金剛石是原子晶體，石墨為層狀結構，層與層之間通過范德華力連接，石墨為混合型晶體，不屬于原子晶體，故f錯誤；

答案為：ae；

（4）由金剛石的晶胞結構可知，晶胞內部有4個C原子，面心上有6個C原子，頂點有8個C原子，在BN晶體中，每個B原子和4個N原子形成共價鍵，所以B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為正四面體；B原子的配位數是4，B原子與N原子之間共價鍵的數目是12，所以B原子與N原子之間共價鍵的數目與配位鍵的數目比為 3：1，一個晶胞中N原子數目為 4；

答案為：正四面體；3：1；4；

（5）已知單質的晶體密度為，的相對原子質量為，是面心立方最密堆積，故晶胞內有4個Cu分子 （面心3個，頂點1個），阿伏加德羅常數為，晶胞的體積為： ，又 ，則 。