单选题
58.人造金刚石是在高温(约2000℃)、高压(5~9GPa)和金属触媒作用的条件下,由()t转化而成的。
A
铸铁
B
石墨
C
钢
D
石英
答案解析
正确答案:B
解析:
题干解析:本题考查的是人造金刚石的制备原理及其与碳同素异形体之间的转化关系。
正确答案:B(石墨)
理由:人造金刚石是通过高温高压法(HPHT法)将石墨在约2000℃、5~9GPa的高压条件下,并在金属触媒(如镍、钴等)的作用下,使其晶体结构由石墨的层状结构转变为金刚石的三维网状结构。这一过程属于碳元素的不同同素异形体之间的相变。石墨和金刚石都是由碳元素组成的单质,但原子排列方式不同,导致物理性质差异极大。在特定高温高压条件下,热力学更稳定的金刚石相可以由石墨转化而来。
选项分析:
- A:铸铁——主要成分为铁和碳,但碳以渗碳体或石墨形式存在,不是纯碳结构,无法直接转化为金刚石。
- B:石墨——正确选项。为碳的同素异形体之一,结构适合在高温高压下转化为金刚石。
- C:钢——是铁碳合金,碳含量较低且与铁结合,不具备直接合成金刚石的条件。
- D:石英——化学成分为二氧化硅(SiO₂),不含游离碳,无法作为金刚石的碳源。
核心知识点:
1. 同素异形体:同一元素形成的不同单质。碳的常见同素异形体包括石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管和石墨烯。
2. 石墨结构:碳原子以sp²杂化形成六边形层状结构,层间作用力弱,质地软,导电。
3. 金刚石结构:碳原子以sp³杂化形成四面体三维网络结构,硬度极高,不导电。
4. 高温高压合成法(HPHT):模拟天然金刚石形成的地质条件,实现石墨向金刚石的相变。
结论:在给定条件下,只有石墨能够作为碳源有效转化为人造金刚石,因此正确答案为B。
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