Question

【題目】超分子在生命科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域中具有重要意義。由Mo將2個(gè)C60分子、2個(gè)p—甲酸丁酯吡啶及2個(gè)CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結(jié)構(gòu)如圖所示。

(1)Mo處于第五周期第VIB族，核外電子排布與Cr相似，它的基態(tài)價(jià)電子排布式是________；核外未成對(duì)電子數(shù)是________個(gè)。

(2)該超分子中配體CO提供孤電子對(duì)的原子是________(填元素符號(hào))，p—甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有________。(已知吡啶可看做苯分子中的一個(gè)CH原子團(tuán)被N取代的化合物)

(3)已知：C60分子中存在碳碳單、雙鍵；C60分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵；C60分子只含有五邊形和六邊形；多面體的頂點(diǎn)數(shù)V、面數(shù)F及棱邊數(shù)E遵循歐拉定理：V+F－E=2。則一個(gè)C60分子的結(jié)構(gòu)是由_____個(gè)五邊形和____個(gè)六邊形組成的球體。用文字簡(jiǎn)述C60跟F2在一定條件下反應(yīng)所得的物質(zhì)的組成：__________________。

(4)已知：某晶胞中各原子的相對(duì)位置可用如圖所示的原子坐標(biāo)表示，其中所有頂點(diǎn)的原子坐標(biāo)均可以為(0，0，0)。鉬(Mo)的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶胞有2個(gè)Mo原子，其中Mo原子坐標(biāo)是(0，0，0)及(，，)。根據(jù)以上信息，推斷該晶體的原子堆積方式是_____________。已知該晶體的密度是ρg·cm-3，Mo的摩爾質(zhì)量是Mg·mol-1，阿伏加德羅常數(shù)是NA，晶體中距離最近的Mo原子核之間的距離為_____pm。

Answer 1

【答案】4d5s1 6 C sp2和sp3 12 20 由C60結(jié)構(gòu)和碳的四個(gè)價(jià)鍵理論，可知一個(gè)碳需連接一個(gè)雙鍵，一個(gè)雙鍵被兩個(gè)碳原子共用，故含有60÷2=30個(gè)雙鍵，易與活潑的F2發(fā)生加成反應(yīng)生成C60F60 體心立方密堆積

【解析】

(1)Mo處于第五周期第VIB族，核外電子排布與Cr相似，其價(jià)電子為4d、5s電子，4d能級(jí)上有5個(gè)電子、5s能級(jí)上有1個(gè)電子，據(jù)此書寫它的基態(tài)價(jià)電子排布式并判斷未成對(duì)電子數(shù)；

(2)CO提供孤電子對(duì)的是C原子、Mo提供空軌道；p-甲酸丁酯吡啶配體中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)有4、3，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論判斷C原子雜化類型；(3)根據(jù)歐拉定理結(jié)合“C60分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵”列式計(jì)算；

(4)鉬(Mo)的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶胞有2個(gè)Mo原子，根據(jù)Mo的原子坐標(biāo)，可以判斷該晶胞中Mo原子位于頂點(diǎn)和體心上，結(jié)合晶體中距離最近的Mo原子核之間的距離為體心到頂點(diǎn)的距離為體對(duì)角線的一半計(jì)算。

(1)Mo處于第五周期第VIB族，核外電子排布與Cr相似，其價(jià)電子為4d、5s電子，4d能級(jí)上有5個(gè)電子、5s能級(jí)上有1個(gè)電子，基態(tài)價(jià)電子排布式為4d55s1；核外未成對(duì)電子是4d、5s能級(jí)上的電子，有6個(gè)電子，故答案為：4d55s1；6；

(2)CO提供孤電子對(duì)的是C原子、Mo提供空軌道，兩個(gè)原子形成配位鍵；p-甲酸丁酯吡啶配體中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)有4、3，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，C原子雜化類型為sp3、sp2，故答案為：C；sp3、sp2；

(3)多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系，遵循歐拉定理：V+F－E=2，即頂點(diǎn)數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2；設(shè)C60分子中五邊形數(shù)為x，六邊形數(shù)為y。依題意可得方程組：(5x+6y) = (3×60)，60+(x+y)- (3×60)＝2，解得：x=12，y=20，即C60分子有12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形，由C60結(jié)構(gòu)和碳的四個(gè)價(jià)鍵理論，可知一個(gè)碳需連接一個(gè)雙鍵，一個(gè)雙鍵被兩個(gè)碳原子共用，故含有60÷2=30個(gè)雙鍵，與活潑的F2發(fā)生加成反應(yīng)即可生成C60F60，故答案為：12；20；由C60結(jié)構(gòu)和碳的四個(gè)價(jià)鍵理論，可知一個(gè)碳需連接一個(gè)雙鍵，一個(gè)雙鍵被兩個(gè)碳原子共用，故含有60÷2=30個(gè)雙鍵，與活潑的F2發(fā)生加成反應(yīng)即可生成C60F60；

(4)鉬(Mo)的一種立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶胞有2個(gè)Mo原子，其中Mo原子坐標(biāo)是(0，0，0)及(，，)，則該晶胞中Mo原子位于頂點(diǎn)和體心上，為體心立方密堆積；該晶胞棱長(zhǎng)=cm，晶體中距離最近的Mo原子核之間的距離為體心到頂點(diǎn)的距離為體對(duì)角線的一半=×cm=××1010pm，故答案為：體心立方密堆積；×cm=××1010。