Question

【题目】C60具有完美的球形结构。之后Si60、N60等球形分子被不断制备出来。回答下列问题：

（1）Si的核外电子排布式为_______，C和N元素中第一电离能较大的是_______。

（2）富勒烯衍生物具有良好的光电性能，富勒烯（C60）的结构如右图所示，C60属于___晶体；C60分子中五元环与六元环的数目比为_____。

（已知简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有如下关系：V－E+F=2）。

（3）N60的晶体中存在的作用力有_____（填字母标号）

A．共价键 B．离子键 C．氢键

D．范德华力 E．配位键 F．金属键

（4）立方氮化硼（BN）可做磨料，其结构与金刚石相似，二者具有相似性结构的原因是_______。

（5）金属M（相对原子质量为m）与N60形成的化合物晶体结构如右图所示（其中白球代表N60，黑球代表金属M），若其晶胞边长为k pm，NA代表阿伏加德罗常数的值，则其密度为______g·cm－3，该化合物中N60的配位数为______。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p2或[Ar]3s23p2 N 分子 3：5 AD 硼原子核外有3个价电子，氮原子核外有5个价电子。在立方氮化硼晶体中，每个硼原子除了利用3个价电子形成普通的共价键外，还可以提供空轨道，接受氮原子的孤对电子，形成一个配位键,于是在立方氮化硼晶体中硼原子和氨原子都采取sp3杂化方式,这和金刚石中C原子的轨道杂化方式一样，就形成了与金刚石类似的正四面体空间网络结构。 4

【解析】（1）Si是第14号元素，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p2或[Ar]3s23p2，元素C、N属于同一周期元素且原子序数依次增大，同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，所以其第一电离能较大的是是N；（2）C60属于分子晶体；已知简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有如下关系：V－E+F=2，富勒烯是C60，顶点为60，边数：每个碳原子分出来了三个键（不考虑双键），而碳原子是两两相连，所以一个碳原子占有1.5个键，也就是边数是顶点数的1.5倍， 90个，所以总共就有32个面，然后设五边形x个，六边形y个：x+y=32，每个五边形与五个六边形相邻，每个六边形与三个五边形和三个六边形相邻，所以5x=3y,两个式子解出x=12，y=20，故C60分子中五元环与六元环的数目比为12：20=3：5；（3）N60是分子晶体，存在的作用力有共价键、范德华力，答案选AD；(4)硼原子核外有3个价电子，氮原子核外有5个价电子。在立方氮化硼晶体中，每个硼原子除了利用3个价电子形成普通的共价键外，还可以提供空轨道，接受氮原子的孤对电子，形成一个配位键,于是在立方氮化硼晶体中硼原子和氨原子都采取sp3杂化方式,这和金刚石中C原子的轨道杂化方式一样，就形成了与金刚石类似的正四面体空间网络结构；（5）根据均摊法可得，一个晶胞中M的个数为4个，N60的个数为8+6=4，一个晶胞的质量为 ，晶胞边长为k pm，则晶胞的体积为（k pm）3=k3，故密度为；该化合物中N60的配位数为4。