Question

【題目】（化學——選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）

2016年諾貝爾化學獎授予在“分子機器設(shè)計和合成”領(lǐng)域有突出成就的三位科學家，其研究對象之一“分子開關(guān)”即與大環(huán)主體分子苯芳烴、硫或氮雜環(huán)杯芳烴等有關(guān)。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(yīng)離子的萃取，如La3＋、Sc2＋。寫出基態(tài)二價鈧離子(Sc2＋)的核外電子排布式：________，其中電子占據(jù)的軌道數(shù)為________個。

（2）對叔丁基杯[4]芳烴由4個羥基構(gòu)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(yīng)可得到(SCN)2，試寫出(SCN)2的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)以及H－N－H鍵角的測量值。解釋配合物中H－N－H鍵角變?yōu)?/span>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(jié)構(gòu)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(shù)為________，C60晶體密度的計算式為________ g·cm－3。(NA為阿伏伽德羅常數(shù)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?yōu)殒I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(jù)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(jù)此計算總的軌道數(shù)；

（2）依據(jù)雜化軌道理論作答；羥基中含電負性較強的O，根據(jù)化學鍵特點回答；

（3）根據(jù)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(jù)此作答；

（5）根據(jù)給定的物理性質(zhì)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(jù)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(shù)為2+2 = 4，因此雜化類型是sp3，羥基鍵通過氫鍵聯(lián)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(gòu)型為直線型，(SCN)2的結(jié)構(gòu)式應(yīng)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?yōu)殒I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?yōu)殒I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(nèi)，存在鈉離子與Co(CO)4-陰離子，在Co(CO)4-內(nèi)界有CO與中心鈷離子形成配位鍵，而配體內(nèi)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(jù)C60分子結(jié)構(gòu)，C60分子中1個碳原子有2個C－C鍵、1個"C=C"，根據(jù)均攤法，一個碳原子真正含有的σ鍵的個數(shù)為，即一個C60分子中含有σ鍵的個數(shù)為60× = 90；根據(jù)C60晶胞結(jié)構(gòu)，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(shù)為8×1/8＋6×1/2=4，晶胞的質(zhì)量為 = g，晶胞的體積為（a×10－10）3 = a3×10－30 cm3，根據(jù)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)。