Question

［化学——选修物质结构与性质］（15分）碳元素在生产生活中具有非常重要的作用，在新物质的制备中也发挥了举足轻重的作用。碳元素的单质有多种形式，下图依次是C₆₀、石墨和金刚石的结构图：

（1）与碳同周期，且基态原子的核外未成对电子数与碳相等的元素，其基态原子的电子排布式为______。

（2）金刚石、石墨、C₆₀、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。

（3）金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态，出现这种现象的原因是______________。

（4）C₆₀属于________晶体，C₆₀晶体内含有的微粒间作用有_________________。

（5）金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝__________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率________(不要求计算结果)。

Answer

（15分）

（1）1s22s22p4（2分） （2） 同素异形体

（3）sp3 sp2 甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力（2分）

（4）分子 范德华力 共价键（2分） （5）8（2分）（2分）＝（2分）

【解析】

试题分析：（1）C元素和O元素基态原子的核外未成对电子数都是2，所以氧原子的基态原子的电子排布式为1s22s22p4。

（2）金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，性质不同，它们互为同素异形体。

（3）在金刚石中碳原子的4个价电子与4个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3杂化，在石墨中碳原子与相邻的三个碳原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2杂化；因为甲醇分子间存在氢键，而丙烯分子间只有范德华力，所以常温条件下丙烯是气态，而相对分子质量比丙烯小的甲醇，常温条件下却呈液态。

（4）C60是由60个C原子以共价键形成的分子，属于分子晶体。C60晶体内含有的微粒间作用有范德华力和共价键。

（5）根据晶胞中粒子个数的计算公式＝体内数目×1＋面上数目×1/2＋棱上数目×1/4＋顶角数目×1/8。金刚石晶胞中，顶点8个，相当于1个C原子，面心上6个，相当于3个C原子，而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子，且在晶胞内，故含有4个C原子，加在一起，可得一个金刚石晶胞中有8个C原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体对角线的1/4就是C-C键的键长，即a=2r，所以r=a，碳原子在晶胞中的空间占有率为＝。

考点：考查原子的核外电子排布，同素异形体，杂化类型，晶体的分类，晶胞的计算等知识。