Question

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           。

（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

（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）＝

【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）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＝。

【考点定位】本题主要是考查原子的核外电子排布，同素异形体，杂化类型，化学键、分子间作用力、晶体的分类，晶胞的计算等知识。

【名师点晴】该题考查的知识点较多，但难度不大，该题的难点是晶胞结构的判断与有关计算。在计算晶胞中原子个数时需要掌握：晶胞中粒子个数的计算公式＝体内数目×1＋面上数目×＋棱上数目×＋顶角数目×。另一个难点是晶胞密度等有关计算，在计算时一般需要根据硬球接触模型并借助于立体几何中的数学知识灵活应用。