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4位科學(xué)家，其研究對象之一為“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)�；卮鹣铝袉栴}：

(1)對叔丁基杯[4]芳烴(如圖I所示)可用于ⅢB族元素對應(yīng)的離子萃取，如La2+、Sc2+。寫出基態(tài)二價(jià)鈧離子的核外電子排布式____。

(2)對于叔丁基杯[4]芳烴由4個(gè)羥基構(gòu)成杯底，羥基中氧原子的雜化方式為____，羥基間的相互作用力為_____。

(3)已知C60分子結(jié)構(gòu)和C60晶胞示意圖如圖所示：

則1個(gè)C60分子中含有的鍵個(gè)數(shù)為_____，與1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_____gcm3(寫出表達(dá)式）。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d1(或[Ar]3d1) sp3 氫鍵 90 12

【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)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；羥基之間形成氫鍵；

(3)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；C60分子處于晶胞頂點(diǎn)、面心位置，以C60頂點(diǎn)為研究，與之最近的C60分子處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，均攤法計(jì)算；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；

(2)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原子雜化方式為：sp3雜化，羥基之間相互作用為氫鍵；

(3)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1.6×60=90，C60分子處于晶胞頂點(diǎn)、面心位置，以C60頂點(diǎn)為研究，與之最近的C60分子處于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面為2個(gè)晶胞共用，與每個(gè)C60分子距離最近且相等的C60分子有=12，晶胞中C60分子數(shù)目=8×+6×=4，晶胞質(zhì)量m=g，則晶體密度ρ===1.67 g/cm3。