Question

18．材料科学发展日新月异．
（1）某太阳能吸热涂层以镍或镍合金空心球为吸收剂，基态镍原子的价层电子排布式是3d⁸4s²．某镍配合物结构如图6所示，分子内含有的作用力有ACE（填序号）．
A．氢键       B．离子键       C．共价键       D．金属键        E．配位键
（2）某金属M与C₆₀可制备一种超导材料，晶胞如图1所示，M原子位于晶胞的棱上与内部．该材料的化学式为M₃C₆₀．

（3）碳的一种同素异形体--石墨，其晶体结构如图2所示，碳原子的杂化方式sp²，图3虚线勾勒出的是其晶胞．则石墨晶胞含碳原子个数为4个．
（4）有机太阳能固体电池材料含有高纯度C₆₀，其结构如图4，ImolC₆₀分子中π键的数目为30N_A，C₆₀的晶胞结构如图5，则一个C₆₀分子周围有12个紧邻C₆₀分子，其固体属于分子晶体．C₆₀能在溶剂二硫化碳中溶解而不溶于水的原因是C₆₀与二氧化硫都是非极性分子，相似相溶，而水是极性分子．已知该晶胞的密度为ρ g•cm^-3则两个最近C₆₀间的距离为$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$ nm（列出计算式，已知阿伏伽德罗常数的值为N_A）．

Answer 1

分析 （1）Ni元素是28号元素，根据核外电子排布规律书写基态原子的电子排布式和价层电子排布式，根据镍配合物结构图可知碳碳间、碳氮间为共价键，氮镍间为配位键，氧氢间为氢键；
（2）根据均摊法计算晶胞中M原子数目、C₆₀个数，进而确定化学式；
（3）石墨烯中碳原子周围有三个共价键，据此判断碳原子的杂化方式；晶胞中顶点占$\frac{1}{8}$，棱上占$\frac{1}{4}$，面上占$\frac{1}{2}$，中心为1，据此计算石墨晶胞含碳原子个数；
（4）利用均摊法计算每个碳原子含有几个σ键，从而计算1mol C₆₀分子中π键的数目；C₆₀采用面心立方最密堆积；C₆₀分子其固体属于分子晶体；C₆₀与二氧化硫都是非极性分子，相似相溶，而水是极性分子；晶胞中C₆₀分子间的最短距离为d cm，则棱长为2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$cm=$\sqrt{2}$dcm，晶胞的体积=2$\sqrt{2}$d³cm³，该晶胞中C₆₀分子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，再结合ρV=m计算．

解答 解：（1）Ni元素是28号元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，则价电子排布式为3d⁸4s²，根据镍配合物结构图可知碳碳间、碳氮间为共价键，氮镍间为配位键，氧氢间为氢键，
故答案为：3d⁸4s²；ACE；
（2）晶胞中，M原子个数=8+12×$\frac{1}{4}$+1=12、C₆₀个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，则C₆₀与M原子个数之比=4：12=1：3，其化学式为：M₃C₆₀，
故答案为：M₃C₆₀；
（3）石墨烯中碳原子周围有三个共价键，碳原子的杂化方式为sp²，晶胞中C原子数目为1+2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$=4，
故答案为：sp²；4；
（4）每个碳原子含有的π键个数为$\frac{1}{2}$，所以1molC₆₀分子中π键的数目为$\frac{1}{2}$×60×N_A=30N_A；C₆₀分子其固体属于分子晶体，C₆₀采用面心立方最密堆积，其配位数为12；非极性分子的溶质易溶于非极性分子的溶剂，C₆₀、CS₂都是非极性分子，C₆₀能溶于二硫化碳中形成无色透明的溶液，水是极性分子，不溶于水，晶胞中C₆₀分子间的最短距离为d cm，则棱长为2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$cm=$\sqrt{2}$dcm，晶胞的体积=2$\sqrt{2}$d³cm³，该晶胞中C₆₀分子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×720}{2\sqrt{2}{d}^{3}×{N}_{A}}$，解得d=$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$nm．
故答案为：30N_A；12；分子；C₆₀与二氧化硫都是非极性分子，相似相溶，而水是极性分子；$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、化学键、晶胞结构与计算、杂化轨道，晶胞结构对学生的空间想象有一定的要求，注意利用均摊法进行计算，题目难度中等．