Question

碳和硅均为元素周期表中第IV A族的元素，其单质和化合物有着重要应用。

（1）石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，最早是由科学家用机械剥离的方法从石墨中分离出来，其部分性能优于传统的硅材料，具有广泛的应用前景。

①写出基态碳原子的电子排布式________。石墨烯中C的杂化类型为________。

②下图为单层石墨烯的结构示意图。12 g的石墨烯中由C原子连接成的六元环的物质的量约为________mol。

③石墨烯加氢制得的石墨烷，可用表示。下列有关叙述正确的是________。

a.石墨烷属于烷烃                             b.石墨烷难溶于水

c.石墨烷中所有碳原子共平面                   d.石墨烷可以发生加成反应

④石墨烯可由加热晶体脱除的方法制得。该过程属于________。

a.物理变化            b.分解反应             c.氧化还原反应

（2）的晶体结构与晶体硅类似。的晶体类型为________，晶体中原子与键的数目之比为________。

（3）与空间构型相似，但性质不同：前者不易与水反应，但后者与水剧烈反应，生成两种酸和一种气体，写出该反应的化学方程式：__________________________。

Answer

1s22s22p2 sp2杂化 0.5 b b、c 原子晶体 1:4 SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+3HCl+H2↑

【解析】

(1)①碳原子的核电荷数为6，其原子结构示意图为；C与相邻C形成3个C-C键，没有孤对电子；

②石墨烯中每个碳原子形成3个碳碳键，每个碳碳键为2个碳原子共用。每个碳原子为3个六元环共用，1个六元环含有2个碳原子；

③结合烷烃和烯烃的结构特点和性质分析；

④加热晶体脱除制得石墨烯，反应过程中引入碳碳双键，且C元素的化合价发生改变；

(2)晶体硅为原子晶体；晶体中每个Si原子形成4个Si-C键；

(3)SiHCl3与水剧烈反应，生成的两种酸应该是H2SiO3和HCl，结合元素的化合价升降，同时生成的气体为H2。

(1)①碳原子的核电荷数为6，其原子结构示意图为，则基态碳原子的电子排布式为1s22s22p2；C与相邻C形成3个C-C键，没有孤对电子，杂化方式均为sp2；

②每个碳原子形成3个碳碳键，每个碳碳键为2个碳原子共用，故每碳原子单占有的共价键为=1.5，则碳原子和碳碳键的个数比是1:1.5=2:3，每个碳原子为3个六元环共用，1个六元环含有2个碳原子，12g碳的物质的量为1mol，则六元环物质的量为0.5mol；

③a．石墨烷的分子通式为(CH)n，不满足烷烃的分子通式CnH2n+2，则不属于烷烃，故a错误；

b．石墨烷属烃类，均难溶于水，故b正确；

c．石墨烷中所有碳原子均为sp3杂化，则所有碳原子不可能共平面，故c错误；

d．石墨烷中不存在碳碳双键，不可以发生加成反应，故d错误；

故答案为b；

④a．加热晶体脱除制得石墨烯，有新物质生成，是化学变化，故a错误；

b．加热晶体脱除制得石墨烯，发生反应的化学方程式为SiC=Si+C，属分解反应，故b正确；

c．反应中碳、硅元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故c正确；

故答案为b、c；

(2)晶体硅为原子晶体，SiC的晶体结构与晶体硅类似，则SiC的晶体类型为原子晶体；晶体中每个Si原子形成4个Si-C键，则晶体中Si原子与Si-C键的数目之比为1:4；

(3)SiHCl3与水剧烈反应，生成的两种酸应该是H2SiO3和HCl，结合元素的化合价升降，同时生成的气体为H2，该反应的化学方程式为SiHCl3+3H2O=H2SiO3↓+3HCl+H2↑。