Question

【題目】含同種元素的不同單質互稱為同素異形體。碳元素有多種同素異形體，其中金剛石和石墨是常見的兩種。眾所周知，天然金剛石是罕見的，而石墨則在自然界中含量較多。人們在生產和科學研究中發現了一個普遍規律，即物質的能量越低越穩定。化學變化從能量變化的角度來認識，一般由高能量的物質向低能量的物質轉化相對容易，而如要使化學變化反向進行，則必須控制一定的條件。由實驗可知，如果要將石墨轉化為金剛石，則至少要在1700K和6×1.01×108千帕壓強的條件下進行，而且還要一種催化劑。

（1）根據題中所述判斷：金剛石的能量___（填高于、低于或等于）石墨的能量；金剛石的密度___（大于、小于或等于）石墨的密度；發生過火山爆發的地方，在火山口噴口附近的熔巖渣中有可能找到___（填金剛石或石墨）。

（2）中國科學技術大學的錢逸泰教授等以金屬鈉為原料，在700℃時從四氯化碳（）中置換出了納米級金剛石粉末。該成果發表在世界權威的《科學》雜志上，立刻被科學家們高度評價為“稻草變黃金”。請寫出該反應方程式____。

（3）如上三幅碳的同素異形體結構圖，每幅圖中均含有碳原子形成的最小碳環。試指出以上三幅圖中最小的碳環是幾碳環？_______。金剛石的結構圖中，由2～5號碳原子在空間構成一個正四面體，1號碳原子位于該正四面體的體心。仔細觀察可知，金剛石是由很多這樣的正四面體單元共____連接形成的一種空間網狀結構晶體。分子是由60個碳原子形成的形如球狀的空間多面體分子。已知多面體的頂點數、面數和棱邊數遵循歐拉定理：頂點數＋面數－棱邊數＝2。通過計算，請指出分子中兩種碳環的個數（即面數）各是多少？____。

Answer 1

【答案】高于 大于 金剛石 （不標“金剛石”也得分） 五碳環 頂點 12個五碳環，20個六碳環

【解析】

（1）由要將石墨轉化為金剛石，則至少要在1700K和6×1.01×108千帕壓強的條件下進行，而且還要一種催化劑可知，金剛石的能量高于石墨的能量；金剛石的密度大于石墨的密度；發生過火山爆發的地方，在火山口噴口附近的熔巖渣中有可能找到金剛石；

（2）中國科學技術大學的錢逸泰教授等以金屬鈉為原料，在700℃時從四氯化碳（CCl4）中置換出了納米級金剛石粉末，由質量守恒定律還生成了氯化鈉，該反應方程式是：；

（3）由圖示可知，三幅圖中最小的碳環是五碳環，由金剛石的圖示可知，金剛石是由很多這樣的正四面體單元共頂點連接形成的一種空間網狀結構晶體；設C60分子中五碳環、六碳環個數分別是x、y；

由于每個棱被兩個面共有，則根據歐拉定理得：60+x+y＝2；

每個五邊形平均擁有C原子：，每個六邊形平均擁有C原子是：，由題意得：；

由以上兩式解得：x=12，y=20。