Question

【題目】能源問題日益成為制約國際社會經濟發展的瓶頸，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發太陽能資源，尋求經濟發展的新動力。

（1）太陽能熱水器中常使用一種以鎳或鎳合金(含鐵)空心球為吸收劑的太陽能吸熱涂層，鐵、鎳基態原子未成對電子數各為_____________、________________。

（2）C60可用作儲氫材料，已知金剛石中的C－C鍵的鍵長為0.154 nm，C60中C－C鍵鍵長為0.140～0.145 nm，有同學據此認為C60的熔點高于金剛石，你認為是否正確？_________，闡述理由：________________________________________________________________________。C60晶體(其結構模型如圖)中每個C60分子周圍與它距離最近且等距離的C60分子有_____個。

（3）富勒烯衍生物由于具有良好的光電性能，在太陽能電池的應用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的結構如下圖所示，分子中碳原子軌道的雜化類型為_________；1 mol C60分子中σ鍵的數目為________。科學家把C60和K摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖所示，該物質在低溫時是一種超導體。該物質的K原子和C60分子的個數比為________。

（4）繼C60后，科學家又合成了Si60、N60，C、Si、N原子電負性由大到小的順序是______________。Si60分子中每個硅原子只跟相鄰的3個硅原子形成共價鍵，且每個硅原子最外層都滿足8電子穩定結構，則Si60分子中π鍵的數目為______個。

（5）請解釋如下現象：熔點：Si60>N60>C60，而破壞分子所需要的能量： N60>C60>Si60，其原因是：________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】4 2 不正確 C60為分子晶體，熔化時不需破壞化學鍵，破壞較弱的分子間作用力；金剛石為原子晶體，熔化時破壞較強的共價鍵 6 sp2 90NA 3∶1 N、C、Si 30 由于結構相似的分子晶體的相對分子質量越大，分子間作用力(或范德華力)越強，熔化所需的能量越多，故熔點Si60>N60>C60；而破壞分子需斷開共價鍵，元素電負性越強其形成的化學鍵越穩定，或成鍵電子數越多，原子半徑越小，斷鍵所需能量越多，故破壞分子需要的能量順序為N60>C60>Si60。

【解析】

(1)根據基態鐵原子和基態鎳原子的價電子排布式確定未成對電子數；

(2)分子晶體和原子晶體熔化時，破壞的作用力不同，分子晶體熔化時破壞分子間作用力，而原子晶體熔化時破壞的是共價鍵；根據C60晶胞的結構進行分析等距離的分子的個數；

(3)根據C60中碳原子形成的σ鍵和π鍵數目，確定碳原子雜化方式；根據C60分子的結構，確定含有σ鍵數目；根據均攤法進行分析K原子數、C60分子數；

(4)同周期從左到右，元素的電負性逐漸增大，同主族從上到下，元素的電負性逐漸減小；

(5)由于結構相似的分子晶體的相對分子質量越大，分子間作用力(或范德華力)越強，熔化所需的能量越多；破壞分子需斷開共價鍵，元素電負性越強其形成的化學鍵越穩定，或成鍵電子數越多，原子半徑越小，斷鍵所需能量越多。

(1)鐵原子和鎳原子的核電荷數分別為26、28，基態鐵原子和基態鎳原子的價電子排布式分別為3d64s2、3d84s2，故未成對電子數分別為4個和2個；

故答案為：4；2；

（2）C60固態為分子晶體，分子間作用力弱，熔化時不破壞化學鍵，熔點低，而金剛石原子間以較強的共價鍵結合，熔化時破壞共價鍵需要較大的能量，熔點高；所以C60的熔點低于金剛石，結論不正確；由C60晶胞可看出每個C60分子周圍最近的C60分子有6個，分別位于六個面的中心；

故答案是：不正確；C60為分子晶體，熔化時不需破壞化學鍵，破壞較弱的分子間作用力；金剛石為原子晶體，熔化時破壞較強的共價鍵；6；

(3)每個C原子形成3個σ鍵和1個π鍵，所以C原子采取sp2雜化；1molC60分子中σ鍵的數目為3×60×1/2×NA＝90NA；1個晶胞中含有：K原子數＝12×1/2＝6，C60分子數＝8×1/8＋1＝2，個數比為3∶1；

故答案是：sp2 ；90NA ；3∶1；

(4)同周期從左到右，元素的電負性逐漸增大，同主族從上到下，元素的電負性逐漸減小；三原子在周期表中的位置為，所以電負性為N＞C＞Si；由題意知2個Si原子形成一個π鍵，所以π鍵數為30個；

故答案是：N、C、Si；30；

(5) 由于結構相似的分子晶體的相對分子質量越大，分子間作用力(或范德華力)越強，熔化所需的能量越多，故熔點是Si60>N60>C60；而破壞分子需斷開共價鍵，元素電負性越強其形成的化學鍵越穩定，或成鍵電子數越多，原子半徑越小，斷鍵所需能量越多，故破壞分子需要的能量順序為N60>C60>Si60；

故答案是：由于結構相似的分子晶體的相對分子質量越大，分子間作用力(或范德華力)越強，熔化所需的能量越多，故熔點Si60>N60>C60；而破壞分子需斷開共價鍵，元素電負性越強其形成的化學鍵越穩定，或成鍵電子數越多，原子半徑越小，斷鍵所需能量越多，故破壞分子需要的能量順序為N60>C60>Si60。