诺贝尔奖物理学奖及石墨烯化学试题 3页

诺贝尔奖物理学奖及石墨烯化学试题一、两科学家用“胶带”和“铅笔”夺诺贝尔物理奖中新社北京10月5日电，瑞典皇家科学院今天11时45分(北京时间17时45分)宣布，将诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。共同工作多年的二人因“突破性地”用撕裂的方法成功获得超薄材料石墨烯而获奖。美国航天局曾经悬赏400万美元，寻找一种足够坚韧的材料，来制成长达3.7万公里缆线，搭建一座可以直通宇宙的“太空电梯”。正是石墨烯的发现让这个人类可以“一步登天”的梦想变成了可能。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料。比最好的钢铁还硬100倍、比钻石坚硬的石墨烯其实就是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。其超强硬度、韧性和出色的导电性使得制造超级防弹衣、超轻型火箭、超级计算机不再是科学狂想。但最大的困难在于：如果想投入实际生产，就必须找到一种方式，制造出大片、高质量的石墨烯薄膜。为此，石墨烯被发现几十年以来，科学家们从未停止过各种方法的萃取或合成试验。直到，盖姆和诺沃肖洛夫突破性地创造了撕裂法：他们将石墨分离成小的碎片，从碎片中剥离出较薄的石墨薄片，然后用胶带粘住薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二，不断重复这一过程，最终得到了截面约100微米的、只有单层碳原子的石墨烯。他们用普通胶带成功地从铅笔芯的石墨中分离出了石墨烯，听上去简单的不可思议。但长期从事实验室工作的物理博士提醒记者，“想象一下撕出一个薄厚为一个原子的东西有多么困难”。“这往往需要漫长的时间里难以计数的重复试验”。不过，除了苦战攻关，盖姆和诺沃肖洛夫这座诺贝尔奖杯最闪光之处更在于想象的力量。就连诺奖委员会都形容这对师徒“把科学研究当成快乐的游戏”，“他们知道，兴许哪天就能中了大奖”。有趣的是，在，海姆的另一项发名还获得了“搞笑诺贝尔奖”，他用磁性克服重力，作用让一只青蛙漂浮在半空中。像科学精神一样持久的还有两位诺奖得主的深厚情谊。现年36岁的诺沃肖洛夫出生在前苏联，他在荷兰奈梅亨大学攻读博士学位时遇见了同为俄裔科学家的盖姆(现年51岁)，此后一直追随，从荷兰的奈梅亨到英国的曼彻斯特。直到今天，他们终于在人类科学史册中写下了共同的名字。二、石墨晶体结构石墨晶体由如图(1)所示的C原子平面层堆叠形成。有一种常见的2H型石墨以二层重复的堆叠方式构成，即若以A、B分别表示沿垂直于平面层方向(C方向)堆叠的两个不同层次，它的堆叠方式为ABAB……。图(2)为AB两层的堆叠方式，O和●分别表示A层和B层的C原子。⑴在图(2)中标明两个晶胞参数a和b。三、与石墨烯相关的化学试题 （一）选择题1、（09安徽卷7）石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料（结构示意图如右），可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是A.石墨烯与石墨互为同位素B.0.12g石墨烯中含有6.02×1022个碳原子C.石墨烯是一种有机物D.石墨烯中的碳原子间以共价键结合2、石墨烯(graphene)是目前科技研究的热点，可看作将石墨的层状结构一层一层的剥开得到的单层碳原子。将氢气加入到石墨烯排列的六角晶格中可得最薄的导电材料石墨烷(graphane，如下图)，下列说法中正确的是(NA表示阿伏伽德罗常数)A.石墨烯与石墨烷互为同素异形体B.石墨烯转变为石墨烷可看作取代反应C.12g石墨烯所含碳碳键数目为1.5NAD.12g石墨烯完全转变为石墨烷需氢气11.2L3、石墨是层状晶体，每一层内碳原子结构如图所示，如果将每对相邻原子间的化学键看成是一个化学键，则石墨晶体每一层内碳原子数与碳—碳化学键数目的比是：A.1∶1        B.1∶2       C.1∶3        D.2∶34、石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是A.10个B.18个C.24个D.14个5、下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图，它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是A.构成它们的原子大小不同B.构成它们的原子数目不同C.金刚石、石墨、C60由不同种原子构成D.金刚石、石墨、C60里碳原子的排列不同（二）非选择题6、美国《科学》杂志评出的十大科学突破之一是石墨烯的研究和应用方面的突破。石墨烯具有原子级的厚度、优异的电学性能、出色的化学稳定性和热力学稳定性。制备石墨烯方法有石墨剥离法、化学气相沉积法等。石墨烯的球棍模型及分子结构示意图如右：（1）下列有关石墨烯说法正确的是 　。A．石墨烯的结构与金刚石相似B．石墨烯分子中所有原子可以处于同一平面C．12g石墨烯含σ键数为NAD．从石墨剥离得石墨烯需克服石墨层与层之间的分子间作用 （2）化学气相沉积法是获得大量石墨烯的有效方法之一，催化剂为金、铜、钴等金属或合金，含碳源可以是甲烷、乙炔、苯、乙醇或酞菁等中的一种或任意组合。①钴原子在基态时，核外电子排布式为：   。②乙醇沸点比氯乙烷高，主要原因是    。③右图是金与铜形成的金属互化物合金，它的化学式可表示为：  。④含碳源中属于非极性分子的是   （a．甲烷 b．乙炔 c．苯 d．乙醇）⑤酞菁与酞菁铜染料分子结构如下图，酞菁分子中氮原子采用的杂化方式有：             ；酞菁铜分子中心离子的配位数为：            。参考答案（一）选择题题号12345答案DCDDD（二）非选择题（1）BD（2）①[Ar]3d74s2  ②乙醇分子间可形成氢键，而氯乙烷分子间无氢键；③Cu3Au或AuCu3④a、b、c⑤sp3和sp2；2