Question

【題目】2016年諾貝爾化學獎授予在“分子機器設計和合成”領域有突出成就的三位科學家，其研究對象之一“分子開關”即與大環(huán)主體分子苯芳烴、硫或氮雜環(huán)杯芳烴等有關。回答下列問題：

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

(2)對叔丁基杯[4]芳烴由4個烴基構成杯底，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別某些離子，如：N3-、SCN-等。根據(jù)等電子體原料判斷N3-空間構型為______；一定條件下，SCN-與MnO2反應可得到(SCN)2。試寫出(SCN)2 的結構式：_______________。

(4)已知C60分子結構和C60晶胞示意圖（如圖Ⅱ，圖Ⅲ所示）：

則一個C60分子中含有σ鍵個數(shù)為__________，與每個C60分子距離最近且相等的C60分子有_________個，C60晶體的密度為__________（計算結果保留兩位小數(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《物質結構與性質》，從基礎知識入手，（1）Sc是21號元素，核外電子排布式為[Ar]3d14s2，則Sc2＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 ；s能級有1個軌道，p能級有3個軌道，d能級只有1個電子，占有1個軌道，因此電子占據(jù)的軌道有10個；（2）羥基中的氧原子，有2個σ鍵，2個孤電子對，因此雜化類型是sp3，羥基鍵通過氫鍵聯(lián)系到一起；（3）N3－Y與CO2互為等電子體，因此N3－的空間構型為直線型；(SCN)2的結構式為N≡C-S-S-C≡N ；（4）根據(jù)C60分子結構，C60分子中1個碳原子有2個C－C鍵、1個"C=C"，根據(jù)均攤法，一個碳原子真正含有的σ鍵的個數(shù)為3/2，即一個C60分子中含有σ鍵的個數(shù)為60×3/2=90；根據(jù)C60晶胞結構，離C60最近的C60上面有4個，中間有4個，下面有4個，即有12個；C60的個數(shù)為8×1/8＋6×1/2=4，晶胞的質量為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。