金刚石,石墨和C60习题

金刚石、石墨和C60，这三种物质名称中都带有一个“碳”字，它们都是由碳元素组成的单质，但彼此间的面貌却大相径庭，宛如碳元素家族中的三位性格迥异的成员。深入理解它们的结构、性质与用途之间的关系，是化学学习中的重要一环。以下习题将围绕这一核心内容展开，希望能帮助读者巩固相关知识，提升运用能力。一、基础概念辨析1.选择题：下列关于金刚石、石墨和C60的说法中，不正确的是（）A.它们都是由碳元素组成的单质B.它们的化学性质基本相同C.它们的物理性质差异很大，是因为构成它们的碳原子的排列方式不同D.它们都属于无机物中的非金属单质*思路点拨*：此题考查对同素异形体概念的理解及碳单质的基本性质。需要明确同素异形体是同种元素组成的不同单质，其化学性质相似，物理性质差异源于结构。2.填空题：金刚石和石墨都是由_______元素组成的，但由于它们内部碳原子的_______不同，导致它们的物理性质存在着显著差异。例如，金刚石是天然存在的最_______的物质，而石墨则质软且具有良好的_______性。*思路点拨*：本题聚焦于两种最常见碳单质的构成微粒与结构差异对物理性质的影响，并考察其典型物理性质。二、性质与用途对应3.连线题：将下列碳单质的性质与其对应的主要用途用线连接起来。金刚石质软，深灰色，有金属光泽石墨硬度大，无色透明晶体C60具有特殊的分子结构，可能具有超导性制作铅笔芯用作钻探机的钻头用作超导材料研究*思路点拨*：性质决定用途，用途反映性质。此题旨在考察对三种碳单质典型性质及其在实际应用中对应关系的掌握。4.简答题：请简述石墨可用作干电池电极的原因。*思路点拨*：从石墨的物理性质中寻找与“电极”功能相关的特性，思考其作为电极材料的必备条件。三、结构与性质关系5.简答题：为什么金刚石和石墨在物理性质上有如此巨大的差异？请从微观结构角度进行解释。*思路点拨*：这是本部分的核心问题之一。需要分别简述金刚石和石墨中碳原子的排列方式（如金刚石的正四面体网状结构，石墨的层状结构），并说明这种结构如何导致了它们硬度、熔点、导电性等方面的不同。6.选择题：C60是由60个碳原子构成的分子，形似足球，下列有关C60的说法错误的是（）A.C60是一种新型的化合物B.C60的相对分子质量为720C.C60和金刚石、石墨一样，都是碳元素的单质D.C60分子是由碳原子构成的*思路点拨*：本题考查对C60这种碳单质的认识，包括其组成、构成、类别及相对分子质量计算。需要注意区分单质与化合物的概念。四、综合应用与拓展7.推断题：有A、B、C三种无色气体，已知A是最清洁的燃料，B能使澄清石灰水变浑浊，C是一种有毒的气体，但可用于冶炼金属。将金刚石放在纯净的B中充分燃烧，只生成B；将石墨放在纯净的B中充分燃烧，也只生成B。（1）写出A、B、C三种气体的化学式：A_______，B_______，C_______。（2）写出“将金刚石放在纯净的B中充分燃烧”的化学方程式：____________________。*思路点拨*：本题将碳单质的可燃性与常见气体的性质结合起来进行推断。突破口在于B气体的性质及金刚石、石墨在B中燃烧的产物。8.开放性问题：除了金刚石、石墨和C60之外，你还知道哪些碳的单质？（至少列举一种，并简述其可能的特性或用途）*思路点拨*：此题旨在拓展视野，考察学生对碳单质家族的了解程度，如碳纳米管、石墨烯等，鼓励学生关注化学前沿知识。参考答案与解析（部分重点题）*1.答案：B解析：金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，A正确。它们的化学性质相似，而非基本相同，因为结构差异有时也会导致化学活性上的细微差别，尤其是在反应条件和反应速率上，B不正确。物理性质差异巨大的原因是碳原子的排列方式不同，C正确。它们都属于无机物中的非金属单质，D正确。*5.参考答案：金刚石中，每个碳原子都与周围四个碳原子以强烈的共价键结合，形成空间网状的正四面体结构，这种结构非常坚固稳定，因此金刚石具有极高的硬度和熔点，且不导电。石墨中，碳原子呈层状排列，每层内的碳原子通过共价键结合形成平面六边形结构，层与层之间则通过较弱的分子间作用力相结合。这种结构使得石墨层间容易滑动，故质软，有滑腻感；同时，层内存在自由移动的电子，因此石墨具有良好的导电性和导热性。正是由于这种碳原子排列方式的显著不同，导致了金刚石和石墨物理性质的巨大差异。*6.答案：A解析：C60是由碳元素一种元素组成的纯净物，属于单质，A错误，C正确。其相对分子质量为12×60=720，B正确。C60分子是由60个碳