Question

金刚石、石墨烯和都是碳的同素异形体，其结构示意图如图：

（1）金刚石属立方晶系，每个晶胞所包括的C原子个数为_____________。

（2）金刚石、石墨烯、木炭和都是由碳元素组成的单质。下列关于碳的单质的叙述正确的是_______（填序号）。

A.都是黑色固体

B.碳原子的排列方式不相同

C.这四种物质都很软，可作润滑剂

D.在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳

E.一定条件下，木炭转化成金刚石是物理变化

（3）金刚石质硬但脆，金刚石能被砸碎的原因是_______________________________。

（4）观察计算一个分子结构中含有____________个正五边形和_________个正六边形。

（5）石墨烯是单层的石墨，它是世界上已知的最薄、最坚硬的新型材料，有良好的导电性，具有很好的应用前景。石墨烯中碳原子的杂化轨道类型为___________；碳碳键的键角是___________。

（6）碳化硅（）的结构与金刚石类似，设碳化硅的密度为 ，碳化硅晶体内碳硅键的键长为________________（用N_A表示阿伏加德罗常数的值，列表达式即可）。

Answer

8 BD 共价键具有方向性，当受到大的外力作用会发生原子间错位而断裂 12 20 杂化 120°

【解析】

（1）根据晶胞结构来数即可，顶点上的原子按来计算，面心上的原子按来计算，晶体内的原子按1个来计算；

（2）对四种同素异形体进行分析即可，注意同素异形体为不同的物质，因此之间的转化属于化学变化；

（3）金刚石是由碳原子通过共价键形成的原子晶体，因此在讨论其物理性质时应从共价键的角度来分析；

（4）可以根据假设法来进行推算（具体步骤见详解部分）；

（5）观察石墨烯的结构不难发现，每个碳原子只与另外3个碳原子成键，而碳原子理论上应该形成4个共价键，因此说明必有一个键是双键；

（6）一个金刚石晶胞内有8个碳原子，因此一个碳化硅晶胞内有4个，再列出密度的表达式来计算即可。

（1）顶点面心晶体内；

（2）A.金刚石即钻石，明显不是黑色固体，A项错误；

B.正因为碳原子的排列方式不同，形成了不同同素异形体，B项正确；

C.金刚石的硬度极大，C项错误；

D.四种物质都可以被氧气充分氧化，变为二氧化碳，D项正确；

E.木炭和金刚石是两种物质，既然生成了新物质肯定是化学变化，E项错误；

答案选BD；

（3）共价键具有方向性，当受到大的外力作用会发生原子间错位而断裂；

（4）

切掉的每个顶点由一个正五边形面代替，每个正五边形有5条边，所以，一共新增加条棱。原来的正二十面体有30条棱（从图中左图很容易数出来）仍在，所以，就一共有条棱。最后说面数的变化，原正二十面体的20个面还在（虽然形状由正三角形变为正六边形），又切出12个正五边形面，所以一共是个面；

（5）石墨烯为片层结构，杂化类型为杂化，碳碳原子之间形成六元环，键角是120°；

（6）根据密度公式先求出晶胞的体积，化简后进一步求出边长为，根据晶胞结构不难看出碳硅键为体对角线的，因此给边长乘以即可。