Question

科學家發(fā)現(xiàn)C₆₀分子由60個碳原子構成，它的形狀像足球（圖丙），含有鍵，因此又叫足球烯．1991年科學家又發(fā)現(xiàn)一種碳的單質--碳納米管，是由六邊環(huán)形的碳原子構成的具有很大表面積管狀大分子（圖�。�，圖甲、圖乙分別是金剛石和石墨的結構示意圖．圖中小黑點均代表碳原子．
（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管四種物質互稱為

 

，它們在物理性質上存在較大的差異．
（2）由圖乙石墨的晶體結構中，推算每個正六邊形平均所占有的C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為

 

．
（3）在金剛石的網(wǎng)狀結構中，含有共價鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有

 

個碳原子（填數(shù)字），每個碳原子上的任兩個C-C鍵的夾角都是

 

 （填角度）．
（4）燃氫汽車之所以尚未大面積推廣，除較經(jīng)濟的制氫方法尚未完全解決外，還需解決H₂的貯存問題，上述四種碳單質中有可能成為貯氫材料的是

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,化學鍵,鍵能、鍵長、鍵角及其應用

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是由同種元素形成的不同單質；
（2）根據(jù)均攤法計算碳原子數(shù)和碳碳鍵數(shù)目；
（3）根據(jù)圖象分析最小的環(huán)上碳原子個數(shù)；根據(jù)碳原子與其周圍的碳原子形成的結構判斷夾角；
（4）根據(jù)以上各物質的空間結構考慮．

解答： 解：（1）金剛石、石墨、足球烯和碳納米管都是由同種元素形成的不同單質，互為同素異形體，故答案為：同素異形體；
（2）每個碳原子被三個碳環(huán)共有，每個碳環(huán)含有碳原子數(shù)為：

1

3

，；每條碳碳雙鍵被兩個碳環(huán)共有，每個碳環(huán)含有

1

2

條碳碳鍵，C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為2：3，
故答案為：2：3；
（3）金剛石是原子晶體，在原子晶體里，原子間以共價鍵相互結合，形成三維的空間網(wǎng)狀結構，最小的環(huán)上有6個C原子；在金剛石晶體里，每個碳原子以四個共價鍵對稱的與相鄰的4個碳原子結合，碳原子采取sp³雜化方式形成共價鍵，所以碳原子與其周圍的4個碳原子形成正四面體結構，所以夾角是 109°28′，
故答案為：6；109°28'（ 或 109.5°）；
（4）由于碳納米管表面積大，可以用作貯氫材料，故答案為：碳納米管．

點評：本題考查物質結構性質，為高頻考點，側重于學生的分析能力的考查，以碳元素的四種單質的空間結構圖為中心命題點，綜合了物質結構中相應的知識點，解決此題應具備一定的處理信息和空間想象能力，題目難度中等．