Question

I.碳元素的单质有多种形式，如图依次是C₆₀、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：

(1)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_____________。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____________、____________。

(3)C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是______________。

(4)C₆₀属于_____________晶体，石墨属于_____________晶体。

(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。

II.FeO晶体结构如下图所示，FeO晶体中Fe²⁺距离最近且相等的Fe²⁺有________个。若该晶胞边长为b cm，则该晶体的密度为_________g·cm^-3。(用N_A表示阿伏伽德罗常数)

Answer

同素异形体 sp3 sp2 C＜O＜N 分子 混合 8 12

【解析】

I．(1)同种元素形成的不同单质互为同素异形体，所以金刚石、石墨、C60、碳纳米管互为同素异形体；

(2)据图可知金刚石中C原子形成4个σ键，所以为sp3杂化；石墨烯中C原子形成3个σ键，不含孤电子对，所以为sp2杂化；

(3)同周期元素自左至右第一电离能呈增大趋势，但是N原子2p轨道为半充满状态，更稳定，所以第一电离能C＜O＜N；

(4)C60存在C60分子，靠分子间作用力聚集，所以为分子晶体；据图可知石墨晶体中存在碳原子形成的层状结构，各个层之间又靠分子间作用力结合，所以为混合晶体；

(5)根据均摊法，金刚石晶胞含有=8个碳原子；位于体对角线上的碳原子紧密相连，每个碳原子与周期4个碳原子形成正四面体结构，由几何关系可知，体对角线应为两个碳原子中心距离的4倍，碳原子半径的8倍，所以=8r，r=a；

II．以顶面面心的Fe2+为例，位于顶面顶点的4个以及相邻4个面的面心的4个Fe2+距离该Fe2+最近且相等，该晶胞上方的晶胞的面心还有4个，所以FeO晶体中Fe2+距离最近且相等的Fe2+有12个；根据均摊法，该晶胞中Fe2+的个数为=4，晶体化学式为FeO，所以晶胞中O2ˉ的个数为4，则晶胞的质量m=g，晶胞边长b cm，则晶胞的体积V=b3 cm3，所以晶胞的密度=g/cm3。