碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
（1）金刚石、石墨、C60.碳纳米管等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142 pm，而金刚石中C-C键的键长为154 pm。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）。
【答案】19-I 19-II(1)同素异形体（2）sp3 sp2 (3)分子 混合 （4）σ键 σ键 π键 （或大π键或p-pπ键） (5) 8 
【解析】19-II(1) (l)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，性质不同，它们互称同素异形体。(2)在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3；在石墨烯（指单层石墨）中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2；(3) C60是由60个C原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体；（4）在金刚石中只存在C-C间的σ共价键；在石墨层内的C-C间不仅存在σ共价键，还存在π键。 (5)共价金刚石的立体网状结构金刚石晶胞，属A4型，顶点8个，相当于1个C原子，然后面心上6个，相当于3个C原子，而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子，且在晶胞内，故还有4个C原子，加在一起，可得一个金刚石晶胞中有8个C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，则正方体对角线的1/4就是C-C键的键长，即
，所以r=a，碳原子在晶胞中的空间占有率
。
【考点定位】本题从知识上考查元素周期表、元素周期律的应用、同素异形体概念的辨析、原子的杂化、原子间的作用力、晶体类型、计算；从能力上考查了考生对元素周期律的掌握情况，对物质结构与化学键、原子的杂化、分子间作用力的关系的掌握情况，对于晶体结构、晶胞及有关计算的能力；对物质结构的空间想象能力、计算能力等。多角度考查了知识和能力。
【名师点睛】解答本题，要掌握物质的结构、物质的晶体类型、原子的杂化方式、结合方式、晶体类型、晶胞的计算方法；要会对给定的信息进行分析、比较，最后加以运用。