Question

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)C₆₀分子由60個(gè)碳原子構(gòu)成，它的形狀像足球（圖丙），含有鍵，因此又叫足球烯．1991年科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)一種碳的單質(zhì)--碳納米管，是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的具有很大表面積管狀大分子（圖�。�，圖甲、圖乙分別是金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)示意圖．圖中小黑點(diǎn)均代表碳原子．
（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管四種物質(zhì)互稱(chēng)為

 

，它們?cè)谖锢硇再|(zhì)上存在較大的差異．
（2）由圖乙石墨的晶體結(jié)構(gòu)中，推算每個(gè)正六邊形平均所占有的C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為

 

．
（3）在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有

 

個(gè)碳原子（填數(shù)字），每個(gè)碳原子上的任兩個(gè)C-C鍵的夾角都是

 

 （填角度）．
（4）燃?xì)淦��?chē)之所以尚未大面積推廣，除較經(jīng)濟(jì)的制氫方法尚未完全解決外，還需解決H₂的貯存問(wèn)題，上述四種碳單質(zhì)中有可能成為貯氫材料的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,化學(xué)鍵,鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角及其應(yīng)用

專(zhuān)題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)；
（2）根據(jù)均攤法計(jì)算碳原子數(shù)和碳碳鍵數(shù)目；
（3）根據(jù)圖象分析最小的環(huán)上碳原子個(gè)數(shù)；根據(jù)碳原子與其周?chē)�的碳原子形成的結(jié)構(gòu)判斷夾角；
（4）根據(jù)以上各物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)考慮．

解答： 解：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，故答案為：同素異形體；
（2）每個(gè)碳原子被三個(gè)碳環(huán)共有，每個(gè)碳環(huán)含有碳原子數(shù)為：

1

3

，；每條碳碳雙鍵被兩個(gè)碳環(huán)共有，每個(gè)碳環(huán)含有

1

2

條碳碳鍵，C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為2：3，
故答案為：2：3；
（3）金剛石是原子晶體，在原子晶體里，原子間以共價(jià)鍵相互結(jié)合，形成三維的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最小的環(huán)上有6個(gè)C原子；在金剛石晶體里，每個(gè)碳原子以四個(gè)共價(jià)鍵對(duì)稱(chēng)的與相鄰的4個(gè)碳原子結(jié)合，碳原子采取sp³雜化方式形成共價(jià)鍵，所以碳原子與其周?chē)��?個(gè)碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，所以?shī)A角是 109°28′，
故答案為：6；109°28'（ 或 109.5°）；
（4）由于碳納米管表面積大，可以用作貯氫材料，故答案為：碳納米管．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，以碳元素的四種單質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)圖為中心命題點(diǎn)，綜合了物質(zhì)結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，解決此題應(yīng)具備一定的處理信息和空間想象能力，題目難度中等．