Question

【题目】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142pm，而金刚石中C﹣C键的键长为154pm．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，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率（不要求计算结果）．

Answer 1

【答案】
（1）同素异形体
（2）sp3；sp2
（3）分子；混合
（4）σ；σ；π
（5）8；；
【解析】解：（1）都是含有碳元素的不同单质，互为同素异形体，所以答案是：同素异形体；（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化，所以答案是：sp3；sp2；（3）C60晶体组成微粒为60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；石墨片层内以共价键结合，片层之间以分子间作用力结合，为混合晶体，所以答案是：分子；混合；（4）金刚石中碳原子以sp3杂化，形成四条杂化轨道，全部形成σ键；石墨中碳原子以sp2杂化，形成三条杂化轨道，还有一条为杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键，所以答案是：σ；σ；π；（5）晶胞中顶点微粒数为： =1，面心微粒数为： =3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即 =8r，r= a；碳原子的体积为： ，晶胞体积为：a3 ， 碳原子的空间利用率为： = = ，所以答案是：8； ； ．