Question

6．纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域．单位质量的A和B单质燃烧时均放出大量热，可用作燃料．已知A和B为短周期元素，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	932	1 821	15 390	21 771
B	738	1 451	7 733	10 540

（1）某同学根据上述信息，推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了能量最低原理．

（2）ACl₂分子中A的杂化类型为sp杂化．
（3）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．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，你认为是否正确否，并阐述理由C₆₀为分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，无需破坏共价键，而金刚石属于原子晶体，熔化时需要破坏共价键．

（4）科学家把C₆₀和钾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．写出基态钾原子的价电子排布式4s¹，该物质的K原子和C₆₀分子的个数比为3：1．

（5）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N＞C＞Si，NCl₃分子的空间构型为三角锥形．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30．

Answer 1

分析 由表中电离能可知，二者第三电离能剧增，故为+2价，都为短周期元素，故A为铍、B为Mg．
（1）由图1电子轨道排布图可知，3s能级未填满就填充3p能级，而3s能级能量比3p能级低；
（2）BeCl₂分子中Be的成2个σ键，没有孤对电子对，杂化轨道数为2；
（3）C₆₀为分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，无需破坏共价键，而金刚石属于原子晶体，熔化时需要破坏共价键；
（4）K原子核外电子数为19，根据能量最低原理书写基态钾原子的价电子排布式；
根据均摊法计算晶胞中K原子和C₆₀分子的个数比；
（5）同周期自左而右电负性增大，同主族自上而下电负性减小；
NCl₃分子中N原子孤电子对数=$\frac{5-1×3}{2}$=1，价层电子对数=3+1=4；
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，则每个Si原子形成的3个键中有2个单键、1个双键，根据均摊法可知Si₆₀分子中单键、双键总数目为60×3×$\frac{1}{2}$=90．

解答 解：由表中电离能可知，二者第三电离能剧增，故为+2价，都为短周期元素，故A为铍、B为Mg．
（1）由图1电子轨道排布图可知，3s能级未填满就填充3p能级，而3s能级能量比3p能级低，违背了能量最低原理，
故答案为：能量最低原理；
（2）BeCl₂分子中Be的成2个σ键，没有孤对电子对，杂化轨道数为2，Be原子采取sp杂化，
故答案为：sp杂化；
（3）C₆₀为分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，无需破坏共价键，而金刚石属于原子晶体，熔化时需要破坏共价键，故C₆₀的熔点低于金刚石的，该同学说法不正确，
故答案为：否；C₆₀为分子晶体，熔化时破坏的是范德华力，无需破坏共价键，而金刚石属于原子晶体，熔化时需要破坏共价键；
（4）K原子核外电子数为19，根据能量最低原理，基态钾原子的价电子排布式为：4s¹，
晶胞中K原子数目为12×$\frac{1}{2}$=6、C₆₀分子个数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，故晶胞中K原子和C₆₀分子的个数比6：2=3：1，
故答案为：4s¹；3：1；
（5）同周期自左而右电负性增大，同主族自上而下电负性减小，故电负性：N＞C＞Si，
NCl₃分子中N原子孤电子对数=$\frac{5-1×3}{2}$=1，价层电子对数=3+1=4，空间结构为三角锥形，
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，则每个Si原子形成的3个键中有2个单键、1个双键，根据均摊法可知Si₆₀分子中单键、双键总数目为60×3×$\frac{1}{2}$=90，则Si₆₀分子中π键的数目为90×$\frac{1}{3}$=30，
故答案为：N＞C＞Si；三角锥形；30．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及电离能、杂化方式与空间构型判断、核外电子排布、晶体类型与性质、晶胞结构与计算等，注意理解电离能剧增与能级能量问题，（5）中注意根据8电子结构判断Si原子常见情况，再结合均摊法计算化学键数目．