Question

石墨烯[如圖(a)所示]是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化為氧化石墨烯[如圖(b)所示]。

　

(a)石墨烯結(jié)構(gòu)　　　　　(b)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)

(1)圖(a)中，1號(hào)C與相鄰C形成σ鍵的個(gè)數(shù)為________。

(2)圖(b)中，1號(hào)C的雜化方式是________，該C與相鄰C形成的鍵角________(填“>”“<”或“＝”)圖(a)中1號(hào)C與相鄰C形成的鍵角。

(3)若將圖(b)所示的氧化石墨烯分散在H₂O中，則氧化石墨烯中可與H₂O形成氫鍵的原子有________(填元素符號(hào))。

(4)石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(C₆₀)，某金屬M(fèi)與C₆₀可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個(gè)數(shù)為________，該材料的化學(xué)式為________。

Answer 1

(1)3

(2)sp³　<

(3)O、H

(4)12　M₃C₆₀

[解析] (1)由圖(a)可知，1號(hào)C與另外3個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵。(2)圖(b)中1號(hào)C與3個(gè)碳原子、1個(gè)氧原子共形成4個(gè)σ鍵，其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，C的雜化方式為sp³；該C與相鄰C的鍵角約為109°28′，圖(a)中1號(hào)C采取sp²雜化，碳原子間夾角為120°。(3)氧化石墨烯中“—OH”的O可與H₂O中的H形成氫鍵、氧化石墨烯中“—OH”的H可與H₂O中的O形成氫鍵，氧化石墨烯中可與H₂O形成氫鍵的原子有O、H。(4)利用“均攤法”可知該晶胞棱上12個(gè)M完全屬于該晶胞的M為12×＝3，位于晶胞內(nèi)的9個(gè)M完全屬于該晶胞，故該晶胞中M原子的個(gè)數(shù)為12；該晶胞中含有C₆₀的個(gè)數(shù)為8×＋6×＝4，因此該晶胞的化學(xué)式為M₃C₆₀。