Question

【題目】

石墨、石墨烯及金剛石是碳的同素異形體。

（1） 以Ni—Cr—Fe 為催化劑，一定條件下可將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。基態(tài)Fe原子未成對電子數(shù)為____________。設(shè)石墨晶體中碳碳鍵的鍵長為a m，金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長為bm，則a_____b（填“＞”、“＜”或“=”），原因是_______________________________。

（2）比較下表碳鹵化物的熔點(diǎn)，分析其熔點(diǎn)變化規(guī)律的原因是____________。

	CCl4	CBr4	CI4
熔點(diǎn)/℃	-22.92	48.4（α型）	168（分解）

（3） 金、銅、鋅等金屬或合金常用作化學(xué)氣相沉積法獲取石墨烯的催化劑。左下表是銅與鋅的部分電離能數(shù)據(jù)，對于“I1銅小于鋅，而I2銅卻大于鋅”的事實(shí)，原因是_________________。

電離能/kJ·mol-1	I1	I2
銅	746	1958
鋅	906	1733

（4）金剛石的晶胞如上圖所示。已知ZnS晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相同，若圖中a為Zn2+，則S2-處于ZnS晶胞中的位置為___________________________。

（5）石墨烯中部分碳原子被氧化后，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯。

①在圖乙所示的氧化石墨烯中，取sp3雜化形式的原子有_________________（填元素符號(hào)）；

②石墨烯轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯時(shí)，1號(hào)C 與相鄰C原子間鍵能的變化是_____________（填“變大”、“ 變小”或“不變”）。

（6）石墨烯具有很大的比表面積，可望用于制超級(jí)電容器。若石墨烯中碳碳鍵的鍵長為am，12 g單層石墨烯單面的理論面積約為___________m2（列出計(jì)算式即可）。

Answer 1

【答案】 4 < 石墨晶體中碳碳鍵除σ鍵外還有大Π鍵，金剛石晶體中碳碳鍵只有σ鍵 分子結(jié)構(gòu)相似，隨相對分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng)，故CCl4、CBr4、CI4熔點(diǎn)依次升高 Cu失去一個(gè)電子成為Cu+后，形成[Ar]3d10，是能量較低的全充滿結(jié)構(gòu) 頂點(diǎn)、面心 C、O 變小 ×NA×

【解析】(1). 基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，未成對電子數(shù)為4，在金剛石晶體中，C原子采用sp3雜化，碳原子之間只存在σ鍵，而石墨晶體中的C原子采用sp2雜化，碳原子之間除了σ鍵外還有大π鍵，使得石墨晶體中的碳碳鍵的鍵長比金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長小，故答案為：4；＜；石墨晶體中碳碳鍵除σ鍵外還有大π鍵，金剛石晶體中碳碳鍵只有σ鍵；

(2). 碳鹵化物都是分子晶體，分子間通過范德華力相結(jié)合，對于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，由于相對分子質(zhì)量CCl4＜CBr4＜CI4，則熔點(diǎn)CCl4＜CBr4＜CI4，故答案為：分子結(jié)構(gòu)相似，隨相對分子質(zhì)量依次增大，分子間作用力依次增強(qiáng)，故CCl4、CBr4、CI4熔點(diǎn)依次升高；

(3). 當(dāng)原子軌道中的電子處于全滿、半滿或全空時(shí)較穩(wěn)定，氣態(tài)Cu原子失去一個(gè)電子變成結(jié)構(gòu)為[Ar]3d10的Cu+，是一種能量較低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而氣態(tài)Zn原子失去一個(gè)電子變成結(jié)構(gòu)為[Ar]3d104s1的Zn+，易再失去一個(gè)電子，故答案為：Cu失去一個(gè)電子成為Cu+后，形成[Ar]3d10，是能量較低的全充滿結(jié)構(gòu)；

(4). 圖中a點(diǎn)為Zn2+，由均攤法可知，Zn2+的個(gè)數(shù)為：4×1=4，根據(jù)ZnS的化學(xué)式可知，只有S2-處于頂點(diǎn)和面心時(shí)，S2-的個(gè)數(shù)也為：8×1/8+6×1/2=4，故答案為：頂點(diǎn)、面心；

(5). ①. 氧化石墨烯中所標(biāo)的1號(hào)碳原子形成3個(gè)碳碳單鍵和一個(gè)碳氧單鍵，C原子為sp3雜化，氧化石墨烯中羥基上的氧原子形成一個(gè)碳氧單鍵和一個(gè)氧氫鍵，還有2個(gè)孤電子對，所以羥基上氧原子為sp3雜化，故答案為：C、O；

②. 石墨烯轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯時(shí)，1號(hào)C 與相鄰C原子間的大π鍵被氧化破壞變成了單鍵，鍵能減小，故答案為：變小；

(6). 已知石墨烯中碳碳鍵的鍵長為am，則其正六邊形的面積為，根據(jù)均攤法可以計(jì)算出每個(gè)六邊形所占有的碳原子個(gè)數(shù)為6×1/3=2，所以12g(即1molC)單層石墨烯實(shí)際占有的六邊形個(gè)數(shù)為： ×NA，則單層石墨烯單面的理論面積約為×NA×，故答案為： ×NA×。