Question

【題目】碳元素的單質(zhì)存在多種同素異形體，下圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖。

（1）①C60屬于__________晶體，石墨屬于_________晶體。

②C60晶體、石墨和金剛石的熔點由高到低的順序是_________。

（2）C60是一系列碳原子簇合物（即富勒烯）的一個典型代表，它的應(yīng)用十分廣泛，涉及光學(xué)、信息學(xué)、藥物學(xué)、催化、儲氫、超導(dǎo)等。

①目前，化學(xué)家已經(jīng)找到十余種富勒烯家庭成員，如C28、C32、C50、C60……，它們的分子結(jié)構(gòu)都是由正五邊形和正六邊形構(gòu)成的封閉的凸多面體，多面體遵循歐拉定律：頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2。則C80晶體結(jié)構(gòu)中正五邊形有_______個，C80晶體共有_____條棱。

②下列物質(zhì)不屬于富勒烯家庭的有_________（填序號）

A. C18 B. C44 C. C72 D. C83

（3）碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，其硬度僅次于金剛石，具有較強的耐磨性，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示（其中·為碳原子，O為硅原子），每個碳原子周圍與其距離最近的硅原子有____個；設(shè)晶胞邊長為a nm，密度為bg·cm-3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為_______。（用含a、b的式子表示）

Answer 1

【答案】 分子 混合（過渡） 石墨>金剛石>C60 12 120 AD 4

【解析】試題分析：（1）①根據(jù)晶體的構(gòu)成微粒判斷晶體類型；②原子晶體的熔點>離子晶體>分子晶體；（2）①頂點數(shù)等于碳原子數(shù)；每個碳原子被3個棱共用，所以棱數(shù)=頂點數(shù)× ，根據(jù)歐拉定律：頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2，可計算總面數(shù)；②根據(jù)是否符合遵循歐拉定律判斷；（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖判斷碳原子周圍與其距離最近的硅原子數(shù)；晶胞中Si為8× +6× =4，根據(jù),可計算得NA；

解析：（1）①構(gòu)成C60的微粒是分子，C60是分子晶體，石墨是混合晶體；②C60是分子晶體熔點最低，石墨的層內(nèi)共價鍵鍵長比金剛石的的鍵長短，作用力更大，破壞化學(xué)鍵需要更大能量，石墨比金剛石熔點更高，所以熔點石墨>金剛石>C60；（2）①C80頂點數(shù)等于80；每個碳原子被3個棱共用，所以棱數(shù)=80×=120 ，根據(jù)歐拉定律：頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2，總面數(shù)=2+120-80=42，設(shè)正五邊形有x個，正六邊形有y個； ，x=12，正五邊形有12個；

②C18頂點數(shù)是18，棱數(shù)是27，總面數(shù)=2+27-18=11，設(shè)正五邊形有x個，正六邊形有y個； 無解 ，故A不可能有；C44頂點數(shù)是44，棱數(shù)是66，總面數(shù)=2+66-44=24，設(shè)正五邊形有x個，正六邊形有y個； 有解，故B有可能；C72頂點數(shù)是72，棱數(shù)是108，總面數(shù)=2+108-72=38，設(shè)正五邊形有x個，正六邊形有y個； 有解 ，故C可能有；C83頂點數(shù)是83，棱數(shù)是83×不是整數(shù)，故D不可能有；（3）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖碳原子周圍與其距離最近的硅原子數(shù)是4；

晶胞中Si為8×+6× =4，根據(jù),整理得NA= ；