Question

自从1985年发现了富勒烯以来，由于其具有独特的物理和化学性质，越来越受到人
们的关注．
（1）富勒烯（C₆₀）在液相中用FeCl₃催化可生成二聚体，过程见图1．
①Fe³⁺基态时核外电子排布式为

 

；
②1molC₆₀分子中含σ键数目为

 

；
③富勒烯二聚体中碳原子杂化轨道类型有

 

．
（2）C₆₀的晶胞结构如图2，则与每个C₆₀分子紧邻的C₆₀分子有

 

个．
（3）我国科学家发现杯[8]芳烃（如图3所示）能与C₆₀形成包合物（如图4），
①杯[8]芳烃底部8个羟基间的作用为

 

；
②杯[8]芳烃包合物中C₆₀与杯芳烃间的作用力为

 

．

Answer 1

考点：原子核外电子排布,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：

分析：（1）①铁是26号元素，铁原子核外有26个电子，铁原子失去3个电子变成铁离子，根据构造原理书写铁离子的核外电子排布式；
②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σ键的数目；
③根据富勒烯二聚体中可以看出大多数碳原子每个C原子和其它三个C原子成键，为三个δ键和一个π键以及有4个碳原子每个C原子和其它四个C原子成键，为四个δ键，由此判断杂化类型；
（2）根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶点上的C₆₀分子为研究对象，与它距离最近等距离的C₆₀分子分布在立方体的面心上，每个C₆₀分子被8个立方体共用，有12个面与之相连，所以每个C₆₀分子周围与它距离最近等距离的C₆₀分子有12个；
（3）①O的非金属性很强，在羟基之间存在氢键；
②分子之间存在范德华力．

解答： 解：（1）①铁是26号元素，铁原子核外有26个电子，铁原子失去3个电子变成铁离子，根据构造原理可知铁离子核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵ 或[Ar]3d⁵；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵ 或[Ar]3d⁵；
②每个碳原子含有的σ键个数为

3

2

，所以1mol C₆₀分子中σ键的数目=

3

2

×60×N_A=90N_A，故答案为：90N_A；
③从富勒烯二聚体中可以看出大多数碳原子每个C原子和其它三个C原子成键，为三个δ键和一个π键，故杂化类型为sp²杂化，有4个碳原子每个C原子和其它四个C原子成键，为四个δ键，故杂化类型为sp³杂化；
故答案为：sp²、sp³；
（2）根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶点上的C₆₀分子为研究对象，与它距离最近等距离的C₆₀分子分布在立方体的面心上，每个C₆₀分子被8个立方体共用，有12个面与之相连，所以每个C₆₀分子周围与它距离最近等距离的C₆₀分子有12个，故答案为：12；
（3）①O的非金属性很强，所以杯[8]芳烃底部8个羟基间的作用为氢键，故答案为：氢键；
②分子之间存在范德华力，所以杯[8]芳烃包合物中C₆₀与杯芳烃间的作用力为范德华力，故答案为：范德华力．

点评：本题考查了氢键、原子的杂化方式、晶胞的空间构型、离子核外电子排布式的书写，知识面广、综合性强，难度中等．