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化為金剛石。基態Fe原子未成對電子數為________。設石墨晶體中碳碳鍵的鍵長為am，金剛石晶體中碳碳鍵的鍵長為bm，則a________（填“>”“<”或“＝”）b，原因是_______。

（2）比較表中碳鹵化物的熔點，分析其熔點變化的原因是_________。

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

（3）金剛石的晶胞如圖1所示。已知ZnS晶胞與金剛石晶胞排列方式相同，若圖1中a與ZnS晶胞中Zn2＋位置相同，則S2－在ZnS晶胞中的位置為________。

（4）石墨烯中部分碳原子被氧化后，轉化為氧化石墨烯。

①在圖3所示的氧化石墨烯中，采取sp3雜化形式的原子有________（填元素符號）。

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

（5）石墨烯具有很大的比表面積，有望用于制超級電容器。若石墨烯中碳碳鍵的鍵長為am，12g單層石墨烯單面的理論面積約為________m2（列出計算式即可）。

Answer 1

【答案】4 < 石墨晶體中的碳碳鍵除σ鍵外還有大π鍵，金剛石晶體中碳碳鍵只有σ鍵 分子組成和結構相似，隨相對分子質量依次增大，分子間作用力依次增強，故CCl4、CBr4、CI4熔點依次升高 頂點、面心 C、O 變小

【解析】

(1)Fe原子中3d能級上有4個電子未成對，其它軌道上的電子都成對，所以Fe原子中未成對電子數是4；金剛石中碳原子以sp3雜化，形成四條雜化軌道，全部形成σ鍵；石墨中碳原子以sp2雜化，形成三條雜化軌道，還有一條未雜化的p軌道，所以石墨晶體中的碳碳鍵除σ鍵外還有大π鍵，所以石墨的C-C鍵的鍵長短；

(2)這幾種物質都屬于分子晶體，分子組成和結構相似，隨相對分子質量依次增大，分子間作用力依次增強，故CCl4、CBr4、CI4熔點依次升高；

(3)a為Zn2+，a連接的離子為S2-，所以S2-位于晶胞頂點和面心上；

(4)①在圖3所示的氧化石墨烯中，取sp3雜化形式的原子價層電子對個數是4，價層電子對個數是4的有C和O原子，所以采用sp3雜化形式的原子有C和O；

②石墨烯轉化為氧化石墨烯時，1號C連接的O原子吸引電子能力較強，導致與1號C原子相鄰C原子對電子的吸引力減小，所以1號C與相鄰C原子間鍵能變小；

(5)單層石墨烯中每個六元環含碳原子個數為=2，每個六邊形的面積為，12g單層石墨烯中碳原子個數為；所以12g單層石墨烯單面的理論面積約為m2。