Question

美国《科学》杂志评出的2009年十大科学突破之一是石墨烯的研究和应用方面的突破．石墨烯具有原子级的厚度、优异的电学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性．制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等．石墨烯的球棍模型及分子结构示意图如右图：
（1）下列有关石墨烯说法正确的是

BD

．
A．石墨烯的结构与金刚石相似  
B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面
C．12g石墨烯含σ键数为N_A
D．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力
（2）化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合．
①钴原子在基态时，核外电子排布式为：

[Ar]3d⁷4s²

．
②乙醇沸点比氯乙烷高，主要原因是

乙醇分子间可形成氢键，而氯乙烷分子间无氢键

．
③右图是金与铜形成的金属互化物合金，它的化学式可表示为：

Cu₃Au或AuCu₃

．
④含碳源中属于非极性分子的是

a、b、c

（a．甲烷  b．乙炔  c．苯  d．乙醇）．
⑤酞菁与酞菁铜染料分子结构如下图，酞菁分子中氮原子采用的杂化方式有：

sp³和sp²

；酞菁铜分子中心原子的配位数为：

2

．

Answer 1

分析：（1）根据石墨烯的结构分析，石墨烯是一种平面结构，根据一个碳原子含有的σ键判断12g石墨烯中含有的σ键个数；石墨中每层碳原子和每层碳原子之间存在作用力．
（2）①根据构造原理书写钴原子在基态时的核外电子排布式．
②根据氢键对物质熔沸点的影响分析．
③利用均摊法确定化学式．
④根据分子的根据构型判断，以极性键结合的多原子分子如结构对称，正负电荷的重心重合，电荷分布均匀，则为非极性分子．
⑤由结构式中的键和孤电子对数判断氮原子采用的杂化方式；根据结构直接去寻找与其相邻的原子并结合化学式去确定．

解答：解：（1）A、石墨烯是平面结构，金刚石空间网状结构，故A错误．
 B．碳碳双键上所有原子都处于同一平面，所以导致石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面，故B正确．
C．石墨烯中一个碳原子具有1.5个σ键，所以12g石墨烯含σ键数为1.5N_A，故C错误．
D．石墨结构中，石墨层与层之间存在分子间作用力，所以从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用力
，故D正确．
故选BD．
（2）①钴是27号元素，钴原子核外有27个电子，根据构造原理书写基态原子的核外电子排布式，注意向排4s电子再排3d电子，所以基态钴原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁷4s²．
故答案为[Ar]3d⁷4s²．     
②分子晶体中，物质的熔沸点随着相对分子质量的增大而增大，但乙醇分子间能形成氢键导致乙醇的熔沸点大于氯乙烷的熔沸点．
故答案为：乙醇分子间可形成氢键，而氯乙烷分子间无氢键．
③每个晶胞中含有的铜原子数=

1

2

×6=3，含有的金原子数=

1

8

×8=1，所以它的化学式可表示为：Cu₃Au或AuCu₃．
故答案为Cu₃Au或AuCu₃．
④a．甲烷是正四面体结构，属于对称结构，所以是非极性分子．
  b．乙炔是直线型结构，属于对称结构，所以是非极性分子．
  c．苯是平面结构，属于对称结构，所以是非极性分子．  
d．乙醇不是对称结构，所以是极性分子．
故选a、b、c．   
⑤酞菁分子中部分氮原子含有2个σ键一个孤对电子，所以采取sp²杂化，部分氮原子含有3个σ键一个孤对电子，所以采取
sp³杂化．
该分子中能提供孤对电子的氮原子才是配原子，所以酞菁铜分子中心原子的配位数为：2．
故答案为：sp³和sp²； 2．

点评：本题考查了物质结构知识，难度较大，注意形成配位键的本质、配位数的确定方法和确定中心原子的杂化类型，这些都是高考的重点．