Question

氢气、纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料已应用到社会生活和高科技领域．
（1）已知短周期金属元素A和B，其单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料．其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能（kJ/mol）	I1	I2	I3	I4
A	899.5	1757.1	14848.7	21006.6
B	738	1451	7733	10540

①根据上述数据分析，B在周期表中位于

 

区，其最高价应为

 

；
②若某同学将B原子的基态外围电子排布式写成了ns¹np¹，违反了

 

原理；
③B元素的第一电离能大于Al，原因是

 

；
（ 2 ）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料．
①已知金刚石中的C-C的键长为154.45pm，C₆₀中C-C键长为145～140pm，有同学据此认为C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由

 

．
②C₆₀分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成共价键，且每个碳原子最外层都满足8电子相对稳定结构，则C₆₀分子中σ键与π键的数目之比为

 

．

Answer 1

考点：元素电离能、电负性的含义及应用,原子核外电子排布,共价键的形成及共价键的主要类型

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）根据A、B两原子的第二、三电离能之间都有1个突跃，它们都是短周期元素推知元素A和元素B，
①根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域：s区、p区、d区、ds区和f区，B为Mg元素在周期表中位于S区，其最高价应为+2价；
②由基态外围电子排布式可知，3s能级未填满就填充3p能级，而3s能级能量比3p能级低；
③同周期从左到右第一电离能增大，第IIA与IIIA反常；
（2）①根据分子晶体的熔点与共价键的键能无关分析；
②C₆₀分子中每个原子只跟相邻的3个原子形成共价键，且每个原子最外层都满足8电子稳定结构，则每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个C原子最外层才满足8电子稳定结构，双键数应该是C原子数的一半，单键为σ键，双键中有1个σ键、1个π键．

解答： 解：（1）表中A、B两原子的第二、三电离能之间都有1个突跃，说明它们属于ⅡA族，又它们都是短周期元素，且A的第一电离能比B大，因此A为Be元素，B为Mg元素，
①Mg元素最后填充s电子3S²，为s区元素，最外层2个电子，显+2价，故答案为：s；+2价；
②由B原子的基态外围电子排布式写成了ns¹np¹，可知，3s能级未填满就填充3p能级，3s能级能量比3p能级低，所以违背能量最低原理，
故答案为：能量最低原理；
③因为Mg的价电子排布式是3s²，3S轨道全充满，能量较低，而Al是3s²3p¹，所以第一电离能：Mg＞Al，
故答案为：镁原子3S轨道全充满，能量较低；
（2）①因为C₆₀构成的晶体是分子晶体，影响分子晶体熔点的作用是分子间作用力；而金刚石构成的晶体是原子晶体，影响原子晶体熔点的作用是原子间共价键，共价键作用大大与分子间作用力，因此金刚石的熔点高于C₆₀，所以尽管C₆₀中C-C键的键能可能大于金刚石，但其熔化时并不破坏化学键，因此比较键能没有意义，
故答案：不正确，C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键；  
②C₆₀分子中每个原子只跟相邻的3个原子形成共价键，且每个原子最外层都满足8电子稳定结构，则每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个C原子最外层才满足8电子稳定结构，双键数应该是C原子数的一半，而双键中有1个σ键、1个π键，显然π键数目为30，一个C跟身边的3个C形成共价键，每条共价键只有一半属于这个C原子，所以σ键为

60×2

2

+30=90，则C₆₀分子中σ键与π键的数目之比为90：30=3：1，
故答案为：3：1．

点评：本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布规律、电离能、分子结构、σ键与π键等，题目难度中等，注意理解电离能与最外层电子数、元素化合价关系．