Question

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示意图：

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）C₆₀属于_____晶体，石墨属于______晶体。

（4）石墨晶体中，层内C-C键的键长为142 pm，而金刚石中C-C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C-C间的______共价键．而石墨层内的C-C间不仅存在_____共价键，还有______键。

（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。

Answer

同素异形体 sp3 sp2 分子 混合 δ δ π 8 。

【解析】（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，性质不同，它们互称同素异形体。（2）在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3；在石墨烯（指单层石墨）中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2；（3）C60是由60个C原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体；（4）在金刚石中只存在C－C间的σ共价键；在石墨层内的C－C间不仅存在σ共价键，还存在π键。（5）根据金刚石的立体网状结构可判断金刚石晶胞属A4型，顶点8个，相当于1个C原子，然后面心上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，故还有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，所以r=a。