Question

碳元素有多種同素異形體，其中金剛石和石墨是常見的兩種．人們在生產(chǎn)和科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)了一個普遍規(guī)律，物質(zhì)的能量越低越穩(wěn)定，化學(xué)變化從能量變化的角度來分析，就是由高能量的物質(zhì)向低能量的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，如要使化學(xué)變化反向進(jìn)行，則必須控制一定的條件．眾所周知，天然金剛石是罕見的，而石墨則在自然界中含量較多．由實驗可知，如果要實現(xiàn)石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的轉(zhuǎn)化，則至少要在1700K和6×1.01×10⁸千帕壓強的條件下進(jìn)行，而且還要一種催化劑．1954年，霍爾首先在有FeS存在的條件下制得金剛石．有一種觀點認(rèn)為從石墨到金剛石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過程中，石墨碳原子間的鏈不發(fā)生斷裂，而是在催化劑的作用下，按一定的方向位移直接轉(zhuǎn)化為金剛石的結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)化的前后結(jié)構(gòu)如圖所示．

試回答下列問題：
（1）根據(jù)題中所述，可知金剛石的能量

 

（填高于、低于或等于）石墨的能量．
（2）霍爾在制金剛石時所用的FeS的作用是

 

．
（3）從圖示可看出，金剛石是一種空間網(wǎng)狀晶體，每個碳原子結(jié)合另外

 

個碳原子．已知所有的原子間的距離是相等的．晶體中最小的結(jié)構(gòu)單元（即以一個碳原子為中心，該碳原子另外與其相連的所有碳原子所構(gòu)成的空間圖形的幾何形狀）的構(gòu)型是

 

．晶體中每一個最小的封閉的環(huán)上有

 

個碳原子．
（4）合成的金剛石夾雜了石墨，要得到純凈的金剛石，需要用高氯酸（HClO₄）來清洗掉石墨，產(chǎn)物除H₂O是液體外，其余都是氣體，一種是無色無毒的化合物，另一種是有色有毒的氯氣（Cl₂）．則用高氯酸清除石墨的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

 

（5）發(fā)生過火山爆發(fā)的地方，在火山口噴口附近的熔巖渣中有可能找到

 

（填金剛石或石墨）．

Answer 1

考點：碳元素組成的單質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：碳單質(zhì)與含碳化合物的性質(zhì)與用途

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)的條件來分析；
（2）根據(jù)催化劑的概念來分析；
（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)模型來分析；
（4）碳與高氯酸能反應(yīng)生成水、氯氣和二氧化碳，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）根據(jù)火山口的環(huán)境來分析．

解答：解：（1）要實現(xiàn)石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的轉(zhuǎn)化，則至少要在1700K和6×1.01×10⁸千帕壓強的條件下進(jìn)行，而且還要一種催化劑．這說明金剛石的能量高于石墨的能量．故填：高于；
（2）要實現(xiàn)石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的轉(zhuǎn)化，則至少要在1700K和6×1.01×10⁸千帕壓強的條件下進(jìn)行，而且還要一種催化劑．1954年，霍爾首先在有FeS存在的條件下制得金剛石．說明FeS充當(dāng)催化劑；故填：催化作用；
（3）金剛石晶體中每個C原子處于其他4個C原子構(gòu)成的正四面體的內(nèi)部，向周圍無限延伸形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶體中每一個最小的封閉的環(huán)上有6個碳原子；故填：4；正四面體；6；
（4）碳與高氯酸能反應(yīng)生成水、氯氣和二氧化碳，故填：7C+4HClO₄=2H₂O+2Cl₂↑+7CO₂↑；
（5）地殼下高溫高壓，易形成金剛石，故填：金剛石．

點評：掌握題干信息結(jié)合碳單質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分析解答是關(guān)鍵．