Question

（11分）上世纪末，中国科大的化学家把CCl₄(l)和Na混合放入真空容器中，再置于高压容器中逐渐加热，可得一些固体颗粒。经X－射线研究发现：该固体颗粒实际由A和B两种物质组成，其中A含量较少，B含量较多。试回答下列问题：

2-1        CCl₄和Na为何要放在真空容器中？随后为何要置于高压容器中？

2-2       指出CCl₄分子的结构特点和碳原子的杂化态。

2-3       上述实验的理论依据是什么？请从化学反应的角度加以说明。

2-4       试确定A、B各为何物？A、B之间有何关系？

2-5       写出上述反应方程式，并从热力学的角度说明A为何含量较少，B为何含量较多？

2-6       请你从纯理论的角度说明：采取什么措施后，A的含量将大幅度增多？

2-7       请评述一下上述实验有何应用前景？

Answer 1

2-1       放在真空容器中是为了防止Na被空气中的氧气氧化；随后放在高压容器中是为了生成金刚石，因为生成金刚石需要高温高压。（2分）

2-2       正四面体；碳原子的杂化形态为sp³；（1分）

2-3       上述实验是武慈反应，即卤代烃与钠的反应，生成碳原子数更大的烃。因为CCl₄中碳原子为sp³杂化，反应后，许许多多的碳原子通过sp³杂化学形式成键，即组成网状的金刚石。（2分）

2-4       A为金刚石；B为石墨，它们互为同素异形体。（2分）

2-5       化学反应为：CCl₄＋4Na → C＋4NaCl金刚石和石墨的稳定形态相比，金刚石的内能大，不稳定，易转化为内能较低的石墨。（2分）

2-6      从纯理论的角度看，采取高温高压，将使一部分石墨转化成金刚石，使金刚石的含量大幅增多。（1分）

2-7       上述实验开辟了人造金刚石的另一途径。（1分）