Question

【題目】2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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(duì)象之一“分子開(kāi)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(wèn)題：

(1)對(duì)叔丁基杯[4]芳烴（如圖所示）可用于ⅢB族元素對(duì)應(yīng)的離子萃取，如La2+、Sc2+。寫(xiě)出基態(tài)二價(jià)鈧離子（Sc2+）核外電子排布式：__________。其中電子占據(jù)的軌道數(shù)為__________個(gè)。

(2)對(duì)叔丁基杯[4]芳烴由4個(gè)烴基構(gòu)成杯底，其中條件氧原子的雜化方式為___________。烴基間的相互作用力為_______________。

(3)不同大小的杯芳烴能識(shí)別某些離子，如：N3-、SCN-等。根據(jù)等電子體原料判斷N3-空間構(gòu)型為______；一定條件下，SCN-與MnO2反應(yīng)可得到(SCN)2。試寫(xiě)出(SCN)2 的結(jié)構(gòu)式：_______________。

(4)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鍵個(gè)數(shù)為__________，與每個(gè)C60分子距離最近且相等的C60分子有_________個(gè)，C60晶體的密度為__________（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 10 sp3 氫鍵 直線型 N≡C-S-S-C≡N 90 12 1.67g/cm3

【解析】本題考查選修三《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》，從基礎(chǔ)知識(shí)入手，（1）Sc是21號(hào)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(jí)有1個(gè)軌道，p能級(jí)有3個(gè)軌道，d能級(jí)只有1個(gè)電子，占有1個(gè)軌道，因此電子占據(jù)的軌道有10個(gè)；（2）羥基中的氧原子，有2個(gè)σ鍵，2個(gè)孤電子對(duì)，因此雜化類型是sp3，羥基鍵通過(guò)氫鍵聯(lián)系到一起；（3）N3－Y與CO2互為等電子體，因此N3－的空間構(gòu)型為直線型；(SCN)2的結(jié)構(gòu)式為N≡C-S-S-C≡N ；（4）根據(jù)C60分子結(jié)構(gòu)，C60分子中1個(gè)碳原子有2個(gè)C－C鍵、1個(gè)"C=C"，根據(jù)均攤法，一個(gè)碳原子真正含有的σ鍵的個(gè)數(shù)為3/2，即一個(gè)C60分子中含有σ鍵的個(gè)數(shù)為60×3/2=90；根據(jù)C60晶胞結(jié)構(gòu)，離C60最近的C60上面有4個(gè)，中間有4個(gè)，下面有4個(gè)，即有12個(gè)；C60的個(gè)數(shù)為8×1/8＋6×1/2=4，晶胞的質(zhì)量為4×720/NAg，晶胞的體積為(1.42×10－7)3cm3，根據(jù)密度的定義，晶胞的密度等于為4×720/[NA×(1.42×10－7)3]g/cm3=1.67g/cm3。