Question

【題目】石墨烯（圖 a）是一種由單層碳原子構成的平面結構新型導電材料，具有大п共軛體系。石墨烯 中部分碳原子被氧化后，其平面結構發生改變，轉化為氧化石墨烯（圖b）。

(1)圖a中，1號C的雜化方式為______，石墨烯中含有的化學鍵類型是_____（填極性鍵，非極性鍵）；圖b中鍵角α____鍵角β(填“ >”、“<”或“=”)，水分子的空間構型是____。

(2)基態釩原子的價電子排布式為______。

(3)醋酸銅可合成復合材料石墨烯，其制備原料為CuSO4、NH3·H2O和醋酸等。

①寫出一種與SO42-互為等電子體的分子______。

②二聚醋酸銅的結構示意圖如圖1所示，Cu2+的配位數為______。

(4)石墨烯可轉化為富勒烯(C60)，C60和K能形成新型化合物，其晶胞如圖2所示，晶胞邊長參數為anm，該化合物中K原子和C60分子的個數比為_____，該晶體的密度ρ=_____ g.cm-3

Answer 1

【答案】sp2 非極性鍵 < V形 3d34s2 CCl4 5 3：1

【解析】

根據圖示原子間的成鍵方式分析原子的軌道雜化類型及共價鍵的極性；根據核外電子排布規律書寫相關原子的電子排布式；根據等電子體原理及價層電子對互斥模型分析分子的空間構型及判斷等電子體；根據配合物的組成及原理分析中心原子的配位數；根據晶胞結構計算晶胞密度。

（1）圖a中，與1號C相連的C原子數為3，所以1號C與相鄰C形成3個σ鍵，雜化方式為sp2；石墨烯中含有的化學鍵為非極性共價鍵；β角的中心碳是處在平面六邊形中的，鍵角為120°，α角的中心碳周圍連了4個單鍵，與甲烷的結構類似，鍵角小于120°，所以圖b中鍵角α<鍵角β；水分子中氧原子軌道雜化類型為sp3，與H原子形成2個σ鍵，有兩對孤電子對，所以分子空間構型為V形.

（2）V的原子序數為23，根據核外電子排布規律分析知基態釩原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d34s2，則價電子排布式為3d34s2。

（3）①等電子體是指價電子總數和原子總數相同的分子、離子或基團，SO42-共有32個價電子，5個原子，用“替代法”，CCl4或SiCl4中的價電子總數均為4+4×7=32，且都有5個原子，所以與SO42-互為等電子體。

②由圖可知二聚醋酸銅中，有2個銅離子、2個水分子、4個醋酸根離子，則其化學式為Cu2(CH3COO)4(H2O)2，根據圖示，Cu2+的配位數為5。

（4）如圖所示，有12個K原子位于面上，則一個晶胞中K原子數為12×1/2=6，有8個C60位于頂點處、1個C60位于體心，則一個晶胞中C60分子數為8×1/8+1=2，該化合物中K原子和C60分子的個數比為6：2=3：1，一個晶胞的質量為 ，則該晶體的密度ρ=g÷（a×10-7cm）3=g/cm3。