《奥赛试题选解》ppt课件

1、20212021奥赛试题评讲奥赛试题评讲第一题第一题解答解答1第二题第二题第三题第三题第第7 7题题 碳是元素周期表中最神奇的元素，它不仅是地球上一切生命的根底元素，还以独特的成键方式，构成了丰富多彩的碳家族。碳元素有多种同素异形体：除金刚石和石墨外，1985年克罗托( H. W. Kroto )等人发现了C60，并获1996年诺贝尔化学奖；1991年日本NEC的电镜专家饭岛澄男 ( Iijima S)首先在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管图1 图1 两种碳纳米管构造表示图2004年，安德烈年，安德烈盖姆盖姆Andre Geim和康斯坦和康斯坦丁丁诺沃肖洛夫诺沃肖洛夫Konstantin

2、Novoselov初次用胶初次用胶带纸从高定向热解石墨上胜利分别出单层石墨片带纸从高定向热解石墨上胜利分别出单层石墨片石墨烯图石墨烯图2，并获得，并获得2021年诺贝尔物理学奖；年诺贝尔物理学奖；2021年年5月，我国中科院化学所的科学家胜利地在铜月，我国中科院化学所的科学家胜利地在铜片外表上经过化学方法合成了大面积碳的又一新的片外表上经过化学方法合成了大面积碳的又一新的同素异形体同素异形体石墨炔图石墨炔图3。这些新型碳资料的。这些新型碳资料的特性具有从最硬到极软、从全吸光到全透光、从绝特性具有从最硬到极软、从全吸光到全透光、从绝缘体到高导体等多种极端对立的特异性能。碳资料缘体到高导体等多种极

3、端对立的特异性能。碳资料的这些特性是由它们特殊的构造决议的，它们的发的这些特性是由它们特殊的构造决议的，它们的发现，在自然科学领域都具有里程碑的重要意义。现，在自然科学领域都具有里程碑的重要意义。图图2 石墨烯的构造框架图石墨烯的构造框架图 图图3 石墨炔的构造表示图石墨炔的构造表示图 碳纳米管研讨较多的有图碳纳米管研讨较多的有图1所示的齿式和椅式所示的齿式和椅式两种构造。假设我们把它近似地看成是一维晶两种构造。假设我们把它近似地看成是一维晶体假设管是无限长的，请分别在图体假设管是无限长的，请分别在图1中划中划出它们的一维构造基元。出它们的一维构造基元。 2.石墨炔是我国科学家发现的一种重要的

4、大面石墨炔是我国科学家发现的一种重要的大面积二维全碳资料，运用前景宽广，试在图积二维全碳资料，运用前景宽广，试在图3中中构建出其二维构造基元。构建出其二维构造基元。3. 石墨烯不仅本身具有优良性质，而且是一种优石墨烯不仅本身具有优良性质，而且是一种优良的掺杂载体。科学家估计：以石墨烯替代石墨良的掺杂载体。科学家估计：以石墨烯替代石墨掺杂锂离子，制成的锂电池具有更见优良的性能，掺杂锂离子，制成的锂电池具有更见优良的性能，假设以假设以Li+:C=1:2的比例在石墨烯层间掺杂锂离子，的比例在石墨烯层间掺杂锂离子，试构建这种资料的晶胞构造表示图；嵌入离子的试构建这种资料的晶胞构造表示图；嵌入离子的密度

5、与资料性质亲密相关，假设掺杂后相邻两层密度与资料性质亲密相关，假设掺杂后相邻两层石墨烯层间距为石墨烯层间距为540pm，CC键长为键长为140pm，列式计算该掺杂资料中锂离子的密度。列式计算该掺杂资料中锂离子的密度。 4. 在在C60中掺杂碱金属能合成出具有超导性质中掺杂碱金属能合成出具有超导性质的资料，经测定的资料，经测定C60晶体为面心立方构造，直晶体为面心立方构造，直径约为径约为710pm。一种。一种C60掺杂晶体是有掺杂晶体是有K+填充填充C60分子推积构成的一半四面体空隙，以分子推积构成的一半四面体空隙，以“口口表示空层，并在晶体中保管一层表示空层，并在晶体中保管一层K+，抽去一层，

6、抽去一层K+，依此类推构成的。以，依此类推构成的。以A、B、C表示表示C60层，层，a、b、c表示表示K+层，写出该掺杂晶体的堆积周层，写出该掺杂晶体的堆积周期，并计算期，并计算C60中心到中心到K+的间隔。的间隔。 解答解答1. 2.3.由题意可知，掺杂后的晶体构造投影是每个六由题意可知，掺杂后的晶体构造投影是每个六元环中心填充一个锂离子：元环中心填充一个锂离子：由此可得晶胞构造如下：由此可得晶胞构造如下：pmba24260sin14023223/42. 0)60sin540242(1002. 694. 6cmg上述晶胞是六方晶胞，由上述晶胞是六方晶胞，由C-C键长键长140pm可得其边长可

7、得其边长所以晶体中锂的密度：所以晶体中锂的密度：pmra10042710224pmpmaaadpmpmadPBKC7 .4341004341341412417 .434100434134122260或该掺杂晶体的堆积周期：该掺杂晶体的堆积周期：|AaBCcA BbC | 由于由于C60构成的面心立方晶胞的面对角线相互相切，构成的面心立方晶胞的面对角线相互相切，所以由所以由C60直径为直径为710pm可得：可得：所以：所以： 第1题8分1964年，美国的年，美国的F.A.Cotton研讨小组测定了研讨小组测定了K2Re2Cl8 2H2O的晶体构造，他们诧异地发如今的晶体构造，他们诧异地发如今Re

8、2Cl82-构造如右图所示中构造如右图所示中Re-Re间间隔异常间间隔异常的短，仅为的短，仅为224pm金属金属Re中中Re-Re间的平均间隔为间的平均间隔为275pm。以后，类似构造的化合物不断被发现，无。以后，类似构造的化合物不断被发现，无机化学这个古老的学科因此开辟了一个新的研讨领域。机化学这个古老的学科因此开辟了一个新的研讨领域。关于关于Re2Cl82- 的构造，请回答以下问题：的构造，请回答以下问题： 1-1 Re原子的价电子组态是原子的价电子组态是 3d56s2 ， Re2Cl82-中中Re的化合价为的化合价为 +3 ；1-2 Re2Cl82-中中Re-Re间间隔特别短，是由于间间隔特别短，是由于 存在四重键，它们分别是存在四重键，它们分别是 1个个 键、键、 2个个 键、键、 _1个个 键请填键型和个数；键请填键型和个数；1-3 Cl原子的范德华半径和为原子的范德华半径和为360pm，因此理应期，因此理应期 望望Re2Cl82