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2010年诺贝尔奖物理学奖及石墨烯化学试题

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2010年诺贝尔奖物理学奖及石墨烯化学试题
江苏省海门市三厂中学：陈达
一、两科学家用“胶带”和“铅笔”夺诺贝尔物理奖
中新社北京2010年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2010年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2004年，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2000年，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1.5NA
D.12g石墨烯完全转变为石墨烷需氢气11.2L
3、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∶3
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