Question

1996年诺贝尔化学奖授予对发现C₆₀有重大贡献的三位科学家。C₆₀分子是形如球状的多面体（如图），该结构的建立基于以下考虑：

C₆₀的结构

①C₆₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；

②C₆₀分子只含有五边形和六边形；

③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理：

顶点数+面数－棱边数=2。

据上所述，可推知C₆₀分子有12个五边形和20个六边形，C₆₀分子所含的双键数为30。

请回答下列问题：

（1）固体C₆₀与金刚石相比较，熔点较高者应是_________，理由是：_____________________________________________________________________。

（2）试估计C₆₀跟F₂在一定条件下能否发生反应生成C₆₀F₆₀（填“可能”或“不可能”）_______________________，理由：__________________________________。

（3）通过计算，确定C₆₀分子所含单键数为 _________________。

（4）C₇₀分子也已制得，它的分子结构模型可以与C₆₀同样考虑而推知。通过计算确定C₇₀分子中五边形和六边形的数目。C₇₀分子中所含五边形数为___________，六边形数为__________。

Answer 1

解析：（1）题目描述了C₆₀分子的结构，据此可断定C₆₀形成的是分子晶体，熔融时破坏很弱的范德华力，而金刚石是原子晶体，熔融时破坏很强的共价键，所以C₆₀的熔点应该比金刚石的熔点低。

（2）C₆₀中每个碳原子都各有一个单电子，价电子的成键情况与苯中碳原子类似，依此类推，估计C₆₀能与F₂发生加成反应而生成C₆₀F₆₀。

（3）根据欧拉定理列方程计算单键数。其中：顶点数即C原子数，为60；面数即五边形与六边形之和，为32；棱边数即单键数与双键数之和，已知双键数为30，设C₆₀所含单键数为N，根据欧拉定理列：60+32－(n+30)=2，计算得n=60，即C₆₀所含的单键数为60。

（4）设五边形、六边形的数目分别为x、y。每条共价键都是由两个C原子形成的，则每个C原子占有它形成的每个共价键的。根据欧拉定理列：70+(x+y)－70×=2　①

五边形和六边形的顶点是共用的，五边形和六边形都只占有自己顶点C原子的。根据C原子总数等于五边形和六边形占有的C原子数之和列：70=x·+y·　②

联立①②解得x=12　y=25

答案：（1）金刚石　金刚石是原子晶体，而C₆₀是分子晶体

（2）可能　C₆₀含有30个双键，能与F₂发生加成反应而生成C₆₀F₆₀

（3）60

（4）12　25