Question

【題目】（化學——選修3：物質結構與性質）

2016年諾貝爾化學獎授予在“分子機器設計和合成”領域有突出成就的三位科學家，其研究對象之一“分子開關”即與大環主體分子苯芳烴、硫或氮雜環杯芳烴等有關。回答下列問題：

（1）對叔丁基杯[4]芳烴(如圖Ⅰ所示)可用于ⅢB族元素對應離子的萃取，如La3＋、Sc2＋。寫出基態二價鈧離子(Sc2＋)的核外電子排布式：________，其中電子占據的軌道數為________個。

（2）對叔丁基杯[4]芳烴由4個羥基構成杯底，其中羥基氧原子的雜化方式為________，羥基間的相互作用力為________。

（3）不同大小的苯芳烴能識別某些離子，如：、SCN－等。一定條件下，SCN－與MnO2反應可得到(SCN)2，試寫出(SCN)2的結構式______________________________。

（4）NH3分子在獨立存在時H－N－H鍵角為106.7°。如圖 [Zn(NH3)6]2＋離子的部分結構以及H－N－H鍵角的測量值。解釋配合物中H－N－H鍵角變為109.5°的原因：______。

（5）橙紅色的八羰基二鈷[Co2(CO)8]的熔點為52℃，可溶于乙醇、乙醚、苯等有機溶劑。該晶體屬于________晶體，八羰基二鈷在液氨中被金屬鈉還原成四羰基鈷酸鈉[NaCo(CO)4]，四羧基鈷酸鈉中含有的化學鍵為_________________。

（6）已知C60分子結構和C60晶胞示意圖(如圖Ⅱ、圖Ⅲ所示)：

則一個C60分子中含有σ鍵的個數為________，C60晶體密度的計算式為________ g·cm－3。(NA為阿伏伽德羅常數的值)

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 10 sp3 氫鍵 N≡C—S—S—C≡N 氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與鍵對電子間的排斥作用變為鍵對電子間的排斥，排斥減弱，故H－N－H鍵角變大 分子 離子鍵、配位鍵、極性鍵 90 4×12×60×1030/(a3×NA)

【解析】

（1）Sc是21號元素，根據泡利原理書寫其電子排布式；s能級有1個軌道，p能級有3個軌道，d能級只有1個電子，占有1個軌道，據此計算總的軌道數；

（2）依據雜化軌道理論作答；羥基中含電負性較強的O，根據化學鍵特點回答；

（3）根據等電子體原理分析作答；

（4）鍵對電子間的排斥作用小于孤對電子與鍵對電子間的排斥作用，據此作答；

（5）根據給定的物理性質判斷晶體類型；

（1）Sc是21號元素，核外電子排布式為[Ar]3d14s2，則Sc2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1；s能級有1個軌道，p能級有3個軌道，d能級只有1個電子，占有1個軌道，因此電子占據的軌道有1+1+3+1+3+1 = 10個，

故答案為：1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1；10；

（2）羥基的中心原子氧原子，有2個σ鍵，2個孤電子對，其雜化軌道數為2+2 = 4，因此雜化類型是sp3，羥基鍵通過氫鍵聯系到一起，

故答案為：sp3；氫鍵；

（3）N3－、SCN－與CO2互為等電子體，因此SCN－的空間構型為直線型，(SCN)2的結構式應為N≡C-S-S-C≡N，

故答案為：N≡C-S-S-C≡N；

（4）氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與鍵對電子間的排斥作用變為鍵對電子間的排斥，排斥減弱，故H－N－H鍵角變大，

故答案為：氨分子與Zn2＋形成配合物后，孤對電子與Zn2＋成鍵，原孤對電子與鍵對電子間的排斥作用變為鍵對電子間的排斥，排斥減弱，故H－N－H鍵角變大；

（5）熔點為52℃，可溶于乙醇、乙醚、苯等有機溶劑，則可知Co2(CO)8屬于分子晶體；

NaCo(CO)4內，存在鈉離子與Co(CO)4-陰離子，在Co(CO)4-內界有CO與中心鈷離子形成配位鍵，而配體內部C原子與O原子之間存在極性共價鍵，所以四羧基鈷酸鈉中含有的化學鍵為離子鍵、配位鍵、極性鍵，

故答案為：分子；離子鍵、配位鍵、極性鍵；

（4）根據C60分子結構，C60分子中1個碳原子有2個C－C鍵、1個"C=C"，根據均攤法，一個碳原子真正含有的σ鍵的個數為，即一個C60分子中含有σ鍵的個數為60× = 90；根據C60晶胞結構，離C60最近的C60上面有4個，中間有4個，下面有4個，即有12個；C60的個數為8×1/8＋6×1/2=4，晶胞的質量為 = g，晶胞的體積為（a×10－10）3 = a3×10－30 cm3，根據密度的定義，晶胞的密度計算式為 = 4×12×60×1030/(a3×NA),

故答案為：4×12×60×1030/(a3×NA)。