Question

2．碳是最早被發(fā)現(xiàn)和利用的元素之一，長(zhǎng)期以來(lái)人們以為單質(zhì)碳的同素異形體只有精鋼石、石墨、和無(wú)定型碳三種，1985年C₆₀的發(fā)現(xiàn)將人類領(lǐng)入認(rèn)識(shí)碳的全新領(lǐng)域--富勒烯，美國(guó)科學(xué)家Curl和Stnalley教授及英國(guó)科學(xué)家Kicto教授為此獲得了1996年鬧貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
（1）C₆₀分子是形如足球狀的多面體（如圖）由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成，分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵．
①C₆₀中C原子的軌道雜化方式是sp²，每個(gè)C原子跟相鄰的3個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵；
②固體C₆₀與金剛石相比較，熔點(diǎn)較高者應(yīng)是金剛石，理由是C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體
③科學(xué)界擬合成一種“二重構(gòu)造”的球形分子（C₆₀Si₆₀），即把“足球型”的C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)并
把硅原子與原子與碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀的化學(xué)反應(yīng)類似于D（填序號(hào)）
A．由乙烷制氯乙烷
B．由乙酸與乙醇制乙酸乙酯
C．有乙醇制取乙醛
D．由乙烯與丙烯合成乙丙樹脂
（2）德國(guó)和美國(guó)科學(xué)家首先制出20個(gè)碳原子組成的空心籠狀分子C₆₀，該籠狀結(jié)構(gòu)是由許多正五邊形構(gòu)成（如圖2），C₆₀分子共有12個(gè)正五邊形，共有30條棱邊．
（3）2010年，我國(guó)科研人員成功合成了碳的又一種碳的同素異形體--石墨塊、石墨塊是由1，3-二炔鍵（C=C-C≡C-）將苯環(huán)連接形成的二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，有關(guān)石墨塊的敘述錯(cuò)誤的是ABCD
A．所有原子都在一條直線上
B．屬于芳香烴
C．屬于原子晶體
D．能與氫氣反應(yīng)得到石墨．

Answer 1

分析 （1）①分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵，根據(jù)C的四價(jià)原理可知，每個(gè)碳原子形成2個(gè)單鍵和1個(gè)雙鍵，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3；
②原子晶體的熔點(diǎn)很高，分子晶體的熔點(diǎn)較低；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀，該反應(yīng)中反應(yīng)物全部加合在一起，類似有機(jī)反應(yīng)中的加成反應(yīng)；
（2）根據(jù)圖片知，每個(gè)頂點(diǎn)上有1個(gè)碳原子，所以頂點(diǎn)個(gè)數(shù)等于碳原子個(gè)數(shù)為20，每個(gè)頂點(diǎn)含有棱邊數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5，每個(gè)面含有頂點(diǎn)個(gè)數(shù)=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，利用均攤法計(jì)算；
（3）A．分子中含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)；
B．分子中不含有H原子，不是烴；
C．由分子構(gòu)成，屬于分子晶體；
D．與石墨的組成元素相同．

解答 解：（1）①分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵，根據(jù)C的四價(jià)原理可知，每個(gè)碳原子形成2個(gè)單鍵和1個(gè)雙鍵，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3，則軌道雜化方式是sp²，2個(gè)單鍵中含有2個(gè)σ鍵，一個(gè)雙鍵中含有1σ鍵和1個(gè)π鍵，所以每個(gè)C原子跟相鄰的3個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵；
故答案為：sp²；3；1；
②原子晶體的熔點(diǎn)很高，分子晶體的熔點(diǎn)較低，C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體，所以金剛石的熔點(diǎn)高；
故答案為：金剛石；C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀，該反應(yīng)中反應(yīng)物全部加合在一起，類似有機(jī)反應(yīng)中的加成反應(yīng)，所以與由乙烯與丙烯合成乙丙樹脂的反應(yīng)類似；
故答案為：D；
（2）根據(jù)圖片知，每個(gè)頂點(diǎn)上有1個(gè)碳原子，所以頂點(diǎn)個(gè)數(shù)等于碳原子個(gè)數(shù)為20，每個(gè)頂點(diǎn)含有棱邊數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5，則棱邊數(shù)=1.5×20=30，每個(gè)面含有頂點(diǎn)個(gè)數(shù)=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，則面數(shù)=$\frac{20}{\frac{5}{3}}$=12，
故答案為：12；30；
（3）A．石墨塊是由1，3-二炔鍵（C=C-C≡C-）將苯環(huán)連接形成的二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，分子中含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，則所有原子不能都在一條直線上，故A錯(cuò)誤；
B．分子中不含有H原子，不是烴，烴是含有碳?xì)鋬煞N元素的有機(jī)物，故B錯(cuò)誤；
C．由分子構(gòu)成，屬于分子晶體，不是原子晶體，故C錯(cuò)誤；
D．與石墨的組成元素相同，與石墨互為同素異形體，所以不能氫氣反應(yīng)得到石墨，故D錯(cuò)誤．
故答案為：ABCD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了共價(jià)鍵的類型、雜化方式的確定、晶體的性質(zhì)、晶胞的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，晶胞的計(jì)算、雜化方式的判斷等都是常考查的知識(shí)點(diǎn)．