Question

【题目】能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

（1）太阳能热水器中常使用一种以镍或镍合金(含铁)空心球为吸收剂的太阳能吸热涂层，铁、镍基态原子未成对电子数各为_____________、________________。

（2）C60可用作储氢材料，已知金刚石中的C－C键的键长为0.154 nm，C60中C－C键键长为0.140～0.145 nm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确？_________，阐述理由：________________________________________________________________________。C60晶体(其结构模型如图)中每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有_____个。

（3）富勒烯衍生物由于具有良好的光电性能，在太阳能电池的应用上具有非常光明的前途。富勒烯(C60)的结构如下图所示，分子中碳原子轨道的杂化类型为_________；1 mol C60分子中σ键的数目为________。科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C60分子的个数比为________。

（4）继C60后，科学家又合成了Si60、N60，C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是______________。Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si60分子中π键的数目为______个。

（5）请解释如下现象：熔点：Si60>N60>C60，而破坏分子所需要的能量： N60>C60>Si60，其原因是：________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】4 2 不正确 C60为分子晶体，熔化时不需破坏化学键，破坏较弱的分子间作用力；金刚石为原子晶体，熔化时破坏较强的共价键 6 sp2 90NA 3∶1 N、C、Si 30 由于结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点Si60>N60>C60；而破坏分子需断开共价键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，或成键电子数越多，原子半径越小，断键所需能量越多，故破坏分子需要的能量顺序为N60>C60>Si60。

【解析】

(1)根据基态铁原子和基态镍原子的价电子排布式确定未成对电子数；

(2)分子晶体和原子晶体熔化时，破坏的作用力不同，分子晶体熔化时破坏分子间作用力，而原子晶体熔化时破坏的是共价键；根据C60晶胞的结构进行分析等距离的分子的个数；

(3)根据C60中碳原子形成的σ键和π键数目，确定碳原子杂化方式；根据C60分子的结构，确定含有σ键数目；根据均摊法进行分析K原子数、C60分子数；

(4)同周期从左到右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上到下，元素的电负性逐渐减小；

(5)由于结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多；破坏分子需断开共价键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，或成键电子数越多，原子半径越小，断键所需能量越多。

(1)铁原子和镍原子的核电荷数分别为26、28，基态铁原子和基态镍原子的价电子排布式分别为3d64s2、3d84s2，故未成对电子数分别为4个和2个；

故答案为：4；2；

（2）C60固态为分子晶体，分子间作用力弱，熔化时不破坏化学键，熔点低，而金刚石原子间以较强的共价键结合，熔化时破坏共价键需要较大的能量，熔点高；所以C60的熔点低于金刚石，结论不正确；由C60晶胞可看出每个C60分子周围最近的C60分子有6个，分别位于六个面的中心；

故答案是：不正确；C60为分子晶体，熔化时不需破坏化学键，破坏较弱的分子间作用力；金刚石为原子晶体，熔化时破坏较强的共价键；6；

(3)每个C原子形成3个σ键和1个π键，所以C原子采取sp2杂化；1molC60分子中σ键的数目为3×60×1/2×NA＝90NA；1个晶胞中含有：K原子数＝12×1/2＝6，C60分子数＝8×1/8＋1＝2，个数比为3∶1；

故答案是：sp2 ；90NA ；3∶1；

(4)同周期从左到右，元素的电负性逐渐增大，同主族从上到下，元素的电负性逐渐减小；三原子在周期表中的位置为，所以电负性为N＞C＞Si；由题意知2个Si原子形成一个π键，所以π键数为30个；

故答案是：N、C、Si；30；

(5) 由于结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点是Si60>N60>C60；而破坏分子需断开共价键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，或成键电子数越多，原子半径越小，断键所需能量越多，故破坏分子需要的能量顺序为N60>C60>Si60；

故答案是：由于结构相似的分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力(或范德华力)越强，熔化所需的能量越多，故熔点Si60>N60>C60；而破坏分子需断开共价键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，或成键电子数越多，原子半径越小，断键所需能量越多，故破坏分子需要的能量顺序为N60>C60>Si60。