Question

1985年，科学家发现C₆₀分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图C），因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（图D），图A、图B分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。

    试回答下列问题：

    （1）金刚石、石墨、足球烯和碳纳米管物理性质存在较大差异的原因是                     。

    （2）常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否比金刚石和石墨活泼？____________（填“活泼”和“一样”）理由是                  。

    （3）由下边石墨的晶体结构俯视图可推算在石墨晶体中，每个正六边形平均所占有的C原子数与C—C键数之比为                                。

    （4）在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有_____（填数字）个碳原子，每个碳原子上的任两个C—C键的键角都是              （填角度）。

    （5）燃氢汽车之所以尚未大面积推广，除较经济的制氢方法尚未完全解决外，还需解决制得H₂后的贮存问题，在上述四种碳单质中有可能成为贮氢材料的是           。

Answer 1

（1）碳原子排列方式不同，晶体结构不尽相同?（2）一样  碳原子最外层电子数为4，在常温下不易得失电子  （3）2∶3  （4）6  109°28′（5）碳纳米管

解析:

（1）在碳元素所形成的四种单质中，其物理性质差异较大的原因是在四种单质中C原子排列的方式不同（由题给出的四种图形可以看出），晶体结构不尽相同。（2）由于足球烯、碳纳米管、金刚石和石墨互为同素异形体，其中碳原子最外层电子数均为4个，所以常温下足球烯和碳纳米管的化学性质与金刚石和石墨的活泼程度几乎一样。（3）据图分析：一个C原子为3个六边形共用，所以一个C原子实际提供给其中一个六边形的为1/3；一个C—C键为两个六边形共用，所以一个C—C键实际提供给其中一个六边形的为1/2，因此每个正六边形平均所占有的C原子数与C—C键数之比为（6×1/3）∶（6×1/2）=2∶3。（4）在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环中最小的环上有6个碳原子，由于金刚石的网状结构中每个碳原子为中心与周围4个碳原子形成正四面体结构，所以每个碳原子上的任两个C—C键的键角都是109°28′。（5）充分利用碳元素所形成的四种单质物质结构示意图展开空间想象，例如碳纳米管表面积大，故可作为贮氢材料。