题目内容

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分子是形如球状多面体(如下图),该结构的建立基于以下考虑:

    ①C60分子中每个碳原子只能跟相邻的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跟已在一定条件下,能否发生反应生成C60F60(填可能”或“不可能”)      ,并简述其理由:                

    (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分子中所含五边形数为     ,六边数形数为      。

 

答案:
解析:

(1)金刚石,金刚石属于原子晶体,而C60不是,所以金刚石熔点较高。

    (2)可能,因为C60分子中含有30个C═C双键,与卤素单质发生加成反应生成C60F60。

    (3)C60分子所含单键数为:== 60。

    (4)C70分子中含有12个五边形,25个六边数形。

 


提示:

C60分子是形如球状多面体,关于它的描述,由于原子数较多,分子较大,直观从多面体中找难度较大。若从白磷小分子的结构中找出规律,推广到较复杂的分子,还是很有意义。

    磷原子最外层有5个电子,每个磷原子用3个价电子,以P—P键分别与3个磷原子结合。白磷的分子中有4个磷原子,共有12个价电子,每两个价电子形成一个P—P键,P—P键的总数为:== 6。另从正四面体的结构上可知,四个三角形,共有12个顶点,每三个顶点组成多面体的一个顶点,即分子中磷原子的个数;共有12条边,每2条边组成正四面体的一条棱,即共价单键的键数等于多面体的棱数(多边形边数总数的一半),若棱数小于键数,则形成双键或三键;

    C60分子有60个碳原子组成,每个碳原子有4个价电子,总共应形成120个C—C键。C60的分子结构的多面体有12个五边形和20个六边形组成,其棱数应是==120,C60的分子结构应包括60个C—C键,30个C═C双键。多面体的顶点数是

==60,即碳原子数为60。

    假设C70分子结构中含有X个五边形、Y个六边形。

      == 70             解得:  X == 12

      ==2             Y == 25

    C70中的棱数为:==105;双键数为:—105 == 35;单键数为:105 — 35 == 70

 


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