Question

【題目】2016 年諾貝爾化學(xué)獎授予在“分子機(jī)器設(shè)計(jì)和合成”領(lǐng)域有突出成就的三位科學(xué)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(jià) 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(gè)。

（2）對叔丁基杯[4]芳烴由4個(gè)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）不同大小苯芳烴能識別某些離子，如：N3-、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(dú)立存在時(shí) H－N－H 鍵角為 106.7°。 [Zn(NH3)6]2+離子中 H－N－H 鍵角變?yōu)?/span> 109.5°，其原因是：_________________________。

（5）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(gè) C60 分子中含有σ鍵的個(gè)數(shù)為______，C60 晶體密度的計(jì)算式為____gcm3。(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 90

【解析】

(1)Sc為21號元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d14s2，失去4s能級2個(gè)電子形成Sc2+；

(2)羥基中O原子形成2個(gè)σ鍵，含有2對孤電子對，據(jù)此分析解答；

(3) N3-和SCN-互為等電子體，根據(jù)等電子體的結(jié)構(gòu)相似，分析書寫(SCN)2 的結(jié)構(gòu)式；

(4)根據(jù)孤電子對與成鍵電子對之間排斥力大于成鍵電子對之間的排斥力分析解答；

(5)每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，每個(gè)σ鍵為2個(gè)碳原子共有，則平均每個(gè)碳原子形成1.5個(gè)σ鍵；根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中C60分子數(shù)目，計(jì)算晶胞質(zhì)量，晶體密度=晶胞質(zhì)量÷晶胞體積。

(1)Sc為21號元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d14s2，失去4s能級2個(gè)電子形成Sc2+，Sc2+核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d1，其中電子占據(jù)3個(gè)s軌道、6個(gè)p軌道、1個(gè)d軌道，共占據(jù)軌道數(shù)目為10個(gè)，故答案為：1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1；10；

(2) 羥基中O原子形成2個(gè)σ鍵，含有2對孤電子對，雜化軌道數(shù)目=2+2=4，O原子采用sp3雜化，羥基之間能夠形成氫鍵，故答案為：sp3；氫鍵；

(3) N3-和SCN-互為等電子體，等電子體的結(jié)構(gòu)相似，SCN-中C原子價(jià)層電子對個(gè)數(shù)是2，為直線形結(jié)構(gòu)，所以N3-為直線形結(jié)構(gòu)； (SCN)2 分子中S-C原子之間為共價(jià)單鍵、C和N原子之間存在共價(jià)三鍵，其結(jié)構(gòu)式為N≡C-S-S-C≡N，故答案為：N≡C-S-S-C≡N；

(4)NH3分子中N原子的孤電子對進(jìn)入Zn2+的空軌道形成配位鍵后，原孤電子對與成鍵電子對間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對間的排斥，排斥作用減弱，故NH3形成配合物后H-N-H鍵角變大，故答案為：NH3分子中N原子的孤電子對進(jìn)入Zn2+的空軌道形成配位鍵后，原孤電子對與成鍵電子對間的排斥作用變?yōu)槌涉I電子對間的排斥，排斥作用減弱，故H-N-H鍵角變大；

(5)每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，每σ鍵為2個(gè)碳原子共有，則平均每個(gè)碳原子形成1.5個(gè)σ鍵，則一個(gè)C60分子中含有σ鍵個(gè)數(shù)為1.5×60=90，晶胞中C60分子數(shù)目=8×+6×=4，晶胞質(zhì)量=g，晶體密度== g/cm3= g/cm3，故答案為：90；。