Question

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

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Ⅰ所示)可用于ⅢB族元素對(duì)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(duì)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）不同大小的苯芳烴能識(shí)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(dú)立存在時(shí)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(cè)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(diǎn)為52℃，可溶于乙醇、乙醚、苯等有機(jī)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(xué)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(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________ 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(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與鍵對(duì)電子間的排斥作用變?yōu)殒I對(duì)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(hào)元素，根據(jù)泡利原理書(shū)寫其電子排布式；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，據(jù)此計(jì)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(fù)性較強(qiáng)的O，根據(jù)化學(xué)鍵特點(diǎn)回答；

（3）根據(jù)等電子體原理分析作答；

（4）鍵對(duì)電子間的排斥作用小于孤對(duì)電子與鍵對(duì)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(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1+1+3+1+3+1 = 10個(gè)，

故答案為：1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1；10；

（2）羥基的中心原子氧原子，有2個(gè)σ鍵，2個(gè)孤電子對(duì)，其雜化軌道數(shù)為2+2 = 4，因此雜化類型是sp3，羥基鍵通過(guò)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(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與鍵對(duì)電子間的排斥作用變?yōu)殒I對(duì)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(duì)電子與Zn2＋成鍵，原孤對(duì)電子與鍵對(duì)電子間的排斥作用變?yōu)殒I對(duì)電子間的排斥，排斥減弱，故H－N－H鍵角變大；

（5）熔點(diǎn)為52℃，可溶于乙醇、乙醚、苯等有機(jī)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(jià)鍵，所以四羧基鈷酸鈉中含有的化學(xué)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(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，即一個(gè)C60分子中含有σ鍵的個(gè)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(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 = 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(jì)算式為 = 4×12×60×1030/(a3×NA),

故答案為：4×12×60×1030/(a3×NA)。