Question

【題目】碳及其化合物的用途廣泛，碳元素不僅能形成豐富多彩的有機化合物,而且還能形成多種無機化合物，同時自身可以形成多種單質。

(1)C60分子形成的晶體中，在晶胞的頂點和面心均含有一個C60分子，則一個C60晶胞的質量為____。

(2)干冰和冰是兩種常見的分子晶體，下列關于兩種晶體的比較中正確的是____。

a.　晶體的密度：干冰>冰 b.　晶體的熔點：干冰>冰

c.　晶體中的空間利用率：干冰>冰 d.　晶體中分子間相互作用力類型相同

(3)金剛石和石墨是碳元素形成的兩種常見單質，下列關于這兩種單質的敘述中正確的有____。

a.　金剛石中碳原子的雜化類型為sp3雜化，石墨中碳原子的雜化類型為sp2雜化

b.　晶體中共價鍵的鍵長：金剛石中C－C<石墨中C－C

c.　晶體的熔點：金剛石>石墨

d.　晶體中共價鍵的鍵角：金剛石>石墨

e.　金剛石晶體中只存在共價鍵，石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力

f.　金剛石和石墨的熔點都很高，所以金剛石和石墨都是原子晶體

(4)金剛石晶胞結構如圖所示，立方BN結構與金剛石相似，在BN晶體中，B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為____，一個晶胞中N原子數目為____。

(5)碳與孔雀石共熱可以得到金屬銅，金屬銅采用面心立方最密堆積，即在晶胞的頂點和面心均含有一個Cu原子，則Cu晶體中Cu原子的配位數為___。已知Cu晶體的密度為ρ g·cm-3，Cu的相對原子質量為M，阿伏加德羅常數為NA，則Cu的原子半徑為____。

Answer 1

【答案】g ac ae 正四面體 4 12

【解析】

本題主要考察晶體結構及相關的計算。

（1）C60屬于分子晶體，即其晶胞的構成微粒為C60分子，則一個晶胞中含有C60分子數為：=4，所以一個C60晶胞的質量為：==；

（2）a. 水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導致水分子形成冰時存在較大的空隙，密度比水小，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，密度比水大，故a正確；

b. 冰融化時氫鍵被破，干冰分子之間只存在范德華力，融化時破壞范德華力，氫鍵比范德華力強，故晶體的熔點：冰＞干冰；且0℃時，水已凍結成冰，而CO2仍為氣體，由此可見冰的熔點比干冰高；b錯誤；

c. 水分子間存在氫鍵，且氫鍵有方向性，導致水分子形成冰時存在較大的空隙，干冰分子之間只存在范德華力，形成的分子晶體是密堆積，晶體中的空間利用率：干冰＞冰， c正確；

d. 干冰晶體中只有分子間作用力，冰的晶體中有分子間作用力和氫鍵，兩種晶體中分子間相互作用力類型不同，d錯誤；

故合理選項為ac；

（3）a. 金剛石的化學鍵只有碳碳單鍵，其碳原子的雜化類型為sp3雜化；石墨中的化學鍵是大π鍵，可以看成是單雙鍵交替的連接方式，其碳原子的雜化類型為sp2雜化；a正確；

b. 碳碳雙鍵的鍵長比碳碳單鍵的短，石墨中的化學鍵是大π鍵，，其平均鍵長要小于金剛石的碳碳單鍵，b錯誤；

c. 鍵長越短，所含能量越高，所以石墨所含能量高，破壞化學鍵需要較多的能量，所以金剛石的熔點比石墨低，c錯誤；

d. 金剛石的碳原子的雜化類型為sp3雜化，鍵角為109°28’；石墨的碳原子的雜化類型為sp2雜化，鍵角為120°，d錯誤；

e. 金剛石晶體中只存在共價鍵，石墨晶體中，碳原子周圍連有3個碳原子，這些碳原子之間連有σ鍵，這樣無限擴展，每個6元環都有大π鍵，這些π電子可以在整個碳層面上活動，類似于金屬鍵；每個碳原子層之間靠范德華力連接，所以石墨晶體中則存在共價鍵、金屬鍵和范德華力，e正確；

f. 金剛石屬于原子晶體，石墨屬于混合晶體，f錯誤；

故合理選項為ae；

（4）B的基態原子的核外價電子排布式為2s22p1，N的基態原子的核外價電子排布式為2s22p3，則B、N周圍都可以有三個化學鍵，即B周圍可以連接三個N原子，N原子周圍有三個B原子，且題中已經告知BN的結構與金剛石相似，所以B原子周圍最近的N原子所構成的立體圖形為正四面體；從晶胞的結構來看，有四個“體心”（非正規體心）原子，且和其他原子不同，所以一個晶胞中，含有4個這樣的原子，所以不管該原子是B還是N，N原子的數目都是4（原子晶體化學式的下標數字表示原子個數的最簡比）；

（5）金屬銅的晶胞中，晶胞的頂點和面心均含有一個Cu原子，則Cu原子的配位數為12；一個晶胞含有Cu原子個數為：=4，設Cu的原子半徑為r cm，則晶胞的棱長為=，則有，解得r=。