碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：（1）金刚石、石墨、C60
碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是碳元素的单质形式，它们互为______．（2）金刚石...
碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是碳元素的单质形式，它们互为______．（2）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化形式分别为______、______．（3）C60属于______晶体，石墨属于______晶体．（4）石墨晶体中，层内C-C键的键长为142pm，而金刚石中C-C键的键长为154pm．其原因是金刚石中只存在C-C间的______共价键，而石墨层内的C-C间不仅存在______共价键，还有______键．（5）金刚石晶胞含有______个碳原子．若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r=______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率______（不要求计算结果）．
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（1）都是含有碳元素的不同单质，互为同素异形体，故答案为：同素异形体；
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化，故答案为：sp3；sp2；
（3）C60晶体组成微粒为60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；石墨片层内以共价键结合，片层之间以分子间作用力结合，为混合晶体，故答案为：分子；混合；
（4）金刚石中碳原子以sp3杂化，形成四条杂化轨道，全部形成σ键；石墨中碳原子以sp2杂化，形成三条杂化轨道，还有一条为杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键，故答案为：σ；σ；π；
（5）晶胞中顶点微粒数为：8×
=1，面心微粒数为：6×
=3，体内微粒数为4，共含有8个碳原子；晶胞内含有四个碳原子，则晶胞体对角线长度与四个碳原子直径相同，即
a=8r，r=
a；碳原子的体积为：8×
×π×r3，晶胞体积为：a3，碳原子的空间利用率为：
=
=
，
故答案为：8；
a；
（2）金刚石中碳原子形成四条共价键，为sp3杂化；石墨烯为片层结构，杂化类型为sp2杂化，故答案为：sp3；sp2；
（3）C60晶体组成微粒为60个碳原子组成的C60分子，属于分子晶体；石墨片层内以共价键结合，片层之间以分子间作用力结合，为混合晶体，故答案为：分子；混合；
（4）金刚石中碳原子以sp3杂化，形成四条杂化轨道，全部形成σ键；石墨中碳原子以sp2杂化，形成三条杂化轨道，还有一条为杂化的p轨道，三条杂化轨道形成σ键，而未杂化p轨道形成π键，故答案为：σ；σ；π；
（5）晶胞中顶点微粒数为：8×
| 1 |
| 8 |
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| ||
| 8 |
| 4 |
| 3 |
| 碳原子总体积 |
| 晶胞体积 |
8×
| ||
| a3 |
| ||
| 16 |
故答案为：8；
| ||
| 8 |
|
