Question

【題目】C60具有完美的球形結構。之后Si60、N60等球形分子被不斷制備出來。回答下列問題：

（1）Si 的核外電子排布式為____________，C和N元素中第一電離能較大的是________________。

（2）富勒烯衍生物具有良好的光電性能，富勒烯(C60)的結構如圖所示，C60屬于________晶體；C60中C原子的雜化類型為__________________。

（3）N60的晶體中存在的作用力有____________（填字母）。

A.共價鍵 B.離子鍵 C.氫鍵 D.范德華力 E.配位鍵 F.金屬鍵

（4）立方氮化硼(BN)可做磨料，其結構與金剛石相似，二者具有相似性結構的原因是______________________________________________。

（5）金屬M(相對原子質量為m)與N60形成的化合物晶體結構如圖所示(其中白球代表N60，黑球代表金屬M)，其晶胞邊長為k pm，NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值，則其密度為_______g·cm-3，該化合物中N60的配位數(shù)為__________________。

Answer 1

【答案】 1s22s32p63s23p2 或[Ar]3s23p2 N 分子 sp2 AD 硼原子核外有3個價電子，氮原子核外有5個價電子。在立方氮化硼晶體中，每個硼原子除了利用3個價電子形成的共價鍵外，還可以提供空軌道，接受氮原子的孤對電子，形成一個配位鍵，于是在立方氮化硼晶體中硼原子和氮原子都采取sp3雜化方式，這和金剛石中C原子的軌道雜化方式一樣，就形成了與金剛石類似的正四面體空間網狀結構 或 4

【解析】（1）Si原子核外有14個電子，根據(jù)構造原理寫出Si的核外電子排布式。用同周期元素第一電離能的變化規(guī)律比較C和N的第一電離能。

（2）C60屬于分子晶體。C60中每個碳原子形成3個碳碳σ鍵和1個π鍵，C原子的雜化類型為sp2雜化。

（3）N60由分子構成，N60分子間存在范德華力，N60分子內N原子間存在共價鍵。

（4）立方氮化硼結構與金剛石相似的原因是：硼原子核外有3個價電子，氮原子核外有5個價電子。在立方氮化硼晶體中，每個硼原子除了利用3個價電子形成的共價鍵外，還可以提供空軌道，接受氮原子的孤對電子，形成一個配位鍵，于是在立方氮化硼晶體中硼原子和氮原子都采取sp3雜化方式，這和金剛石中C原子的軌道雜化方式一樣，就形成了與金剛石類似的正四面體空間網狀結構。

（5）用“均攤法”確定晶胞中粒子的個數(shù)，從而確定晶體的化學式，由晶胞邊長計算晶胞體積，1mol晶體的質量除以1mol晶體的體積計算晶體的密度。根據(jù)晶胞觀察M的配位數(shù)，由個數(shù)比確定N60的配位數(shù)。

（1）Si原子核外有14個電子，根據(jù)構造原理，Si的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。同周期從左到右元素的第一電離能呈增大趨勢，C和N都是第二周期元素，第一電離能：CN，第一電離能較大的是N。

（2）C60屬于分子晶體。C60中每個碳原子形成3個碳碳σ鍵和1個π鍵，C原子的雜化類型為sp2雜化。

（3）N60由分子構成，N60分子間存在范德華力，N60分子內N原子間存在共價鍵；答案選AD。

（4）立方氮化硼結構與金剛石相似的原因是：硼原子核外有3個價電子，氮原子核外有5個價電子。在立方氮化硼晶體中，每個硼原子除了利用3個價電子形成的共價鍵外，還可以提供空軌道，接受氮原子的孤對電子，形成一個配位鍵，于是在立方氮化硼晶體中硼原子和氮原子都采取sp3雜化方式，這和金剛石中C原子的軌道雜化方式一樣，就形成了與金剛石類似的正四面體空間網狀結構。

（5）用“均攤法”，1個晶胞中含M：4個，含N60：8+6=4個，M與N60的個數(shù)比為1:1，晶體的化學式為MN60；晶胞邊長為kpm，晶胞的體積為（k10-10cm）3，1mol晶體的體積為（k10-10cm）34NA；1mol晶體的質量為（m+6014）g；該化合物的密度為（m+6014）g[（k10-10cm）34NA]=g/cm3=g/cm3。根據(jù)晶胞，M的配位數(shù)為4，M與N60的個數(shù)比為1:1，該化合物中N60的配位數(shù)為4。