Question

2．碳是最早被發(fā)現(xiàn)和利用的元素之一，長期以來人們以為單質(zhì)碳的同素異形體只有精鋼石、石墨、和無定型碳三種，1985年C₆₀的發(fā)現(xiàn)將人類領(lǐng)入認(rèn)識碳的全新領(lǐng)域--富勒烯，美國科學(xué)家Curl和Stnalley教授及英國科學(xué)家Kicto教授為此獲得了1996年鬧貝爾化學(xué)獎
（1）C₆₀分子是形如足球狀的多面體（如圖）由12個五邊形和20個六邊形組成，分子中每個碳原子只跟相鄰的3個的3個碳原子形成化學(xué)鍵．
①C₆₀中C原子的軌道雜化方式是sp²，每個C原子跟相鄰的3個碳原子形成3個σ鍵、1個π鍵；
②固體C₆₀與金剛石相比較，熔點較高者應(yīng)是金剛石，理由是C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體
③科學(xué)界擬合成一種“二重構(gòu)造”的球形分子（C₆₀Si₆₀），即把“足球型”的C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)并
把硅原子與原子與碳原子以共價鍵結(jié)合，合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀的化學(xué)反應(yīng)類似于D（填序號）
A．由乙烷制氯乙烷
B．由乙酸與乙醇制乙酸乙酯
C．有乙醇制取乙醛
D．由乙烯與丙烯合成乙丙樹脂
（2）德國和美國科學(xué)家首先制出20個碳原子組成的空心籠狀分子C₆₀，該籠狀結(jié)構(gòu)是由許多正五邊形構(gòu)成（如圖2），C₆₀分子共有12個正五邊形，共有30條棱邊．
（3）2010年，我國科研人員成功合成了碳的又一種碳的同素異形體--石墨塊、石墨塊是由1，3-二炔鍵（C=C-C≡C-）將苯環(huán)連接形成的二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，有關(guān)石墨塊的敘述錯誤的是ABCD
A．所有原子都在一條直線上
B．屬于芳香烴
C．屬于原子晶體
D．能與氫氣反應(yīng)得到石墨．

Answer 1

分析 （1）①分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學(xué)鍵，根據(jù)C的四價原理可知，每個碳原子形成2個單鍵和1個雙鍵，其價層電子對數(shù)為3；
②原子晶體的熔點很高，分子晶體的熔點較低；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀，該反應(yīng)中反應(yīng)物全部加合在一起，類似有機反應(yīng)中的加成反應(yīng)；
（2）根據(jù)圖片知，每個頂點上有1個碳原子，所以頂點個數(shù)等于碳原子個數(shù)為20，每個頂點含有棱邊數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5，每個面含有頂點個數(shù)=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，利用均攤法計算；
（3）A．分子中含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)；
B．分子中不含有H原子，不是烴；
C．由分子構(gòu)成，屬于分子晶體；
D．與石墨的組成元素相同．

解答 解：（1）①分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學(xué)鍵，根據(jù)C的四價原理可知，每個碳原子形成2個單鍵和1個雙鍵，其價層電子對數(shù)為3，則軌道雜化方式是sp²，2個單鍵中含有2個σ鍵，一個雙鍵中含有1σ鍵和1個π鍵，所以每個C原子跟相鄰的3個碳原子形成3個σ鍵、1個π鍵；
故答案為：sp²；3；1；
②原子晶體的熔點很高，分子晶體的熔點較低，C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體，所以金剛石的熔點高；
故答案為：金剛石；C₆₀屬于分子晶體而金剛石屬于原子晶體；
③C₆₀置于“足球型”的Si₆₀內(nèi)合成“二重構(gòu)造”球形分子C₆₀Si₆₀，該反應(yīng)中反應(yīng)物全部加合在一起，類似有機反應(yīng)中的加成反應(yīng)，所以與由乙烯與丙烯合成乙丙樹脂的反應(yīng)類似；
故答案為：D；
（2）根據(jù)圖片知，每個頂點上有1個碳原子，所以頂點個數(shù)等于碳原子個數(shù)為20，每個頂點含有棱邊數(shù)=$\frac{1}{2}$×3=1.5，則棱邊數(shù)=1.5×20=30，每個面含有頂點個數(shù)=$\frac{1}{3}$×5=$\frac{5}{3}$，則面數(shù)=$\frac{20}{\frac{5}{3}}$=12，
故答案為：12；30；
（3）A．石墨塊是由1，3-二炔鍵（C=C-C≡C-）將苯環(huán)連接形成的二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，分子中含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，則所有原子不能都在一條直線上，故A錯誤；
B．分子中不含有H原子，不是烴，烴是含有碳?xì)鋬煞N元素的有機物，故B錯誤；
C．由分子構(gòu)成，屬于分子晶體，不是原子晶體，故C錯誤；
D．與石墨的組成元素相同，與石墨互為同素異形體，所以不能氫氣反應(yīng)得到石墨，故D錯誤．
故答案為：ABCD．

點評 本題考查了共價鍵的類型、雜化方式的確定、晶體的性質(zhì)、晶胞的計算等知識點，題目難度中等，晶胞的計算、雜化方式的判斷等都是�？疾榈闹�識點．