Question

18．材料科學(xué)發(fā)展日新月異．
（1）某太陽能吸熱涂層以鎳或鎳合金空心球為吸收劑，基態(tài)鎳原子的價層電子排布式是3d⁸4s²．某鎳配合物結(jié)構(gòu)如圖6所示，分子內(nèi)含有的作用力有ACE（填序號）．
A．氫鍵       B．離子鍵       C．共價鍵       D．金屬鍵        E．配位鍵
（2）某金屬M與C₆₀可制備一種超導(dǎo)材料，晶胞如圖1所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部．該材料的化學(xué)式為M₃C₆₀．

（3）碳的一種同素異形體--石墨，其晶體結(jié)構(gòu)如圖2所示，碳原子的雜化方式sp²，圖3虛線勾勒出的是其晶胞．則石墨晶胞含碳原子個數(shù)為4個．
（4）有機太陽能固體電池材料含有高純度C₆₀，其結(jié)構(gòu)如圖4，ImolC₆₀分子中π鍵的數(shù)目為30N_A，C₆₀的晶胞結(jié)構(gòu)如圖5，則一個C₆₀分子周圍有12個緊鄰C₆₀分子，其固體屬于分子晶體．C₆₀能在溶劑二硫化碳中溶解而不溶于水的原因是C₆₀與二氧化硫都是非極性分子，相似相溶，而水是極性分子．已知該晶胞的密度為ρ g•cm^-3則兩個最近C₆₀間的距離為$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$ nm（列出計算式，已知阿伏伽德羅常數(shù)的值為N_A）．

Answer 1

分析 （1）Ni元素是28號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫基態(tài)原子的電子排布式和價層電子排布式，根據(jù)鎳配合物結(jié)構(gòu)圖可知碳碳間、碳氮間為共價鍵，氮鎳間為配位鍵，氧氫間為氫鍵；
（2）根據(jù)均攤法計算晶胞中M原子數(shù)目、C₆₀個數(shù)，進而確定化學(xué)式；
（3）石墨烯中碳原子周圍有三個共價鍵，據(jù)此判斷碳原子的雜化方式；晶胞中頂點占$\frac{1}{8}$，棱上占$\frac{1}{4}$，面上占$\frac{1}{2}$，中心為1，據(jù)此計算石墨晶胞含碳原子個數(shù)；
（4）利用均攤法計算每個碳原子含有幾個σ鍵，從而計算1mol C₆₀分子中π鍵的數(shù)目；C₆₀采用面心立方最密堆積；C₆₀分子其固體屬于分子晶體；C₆₀與二氧化硫都是非極性分子，相似相溶，而水是極性分子；晶胞中C₆₀分子間的最短距離為d cm，則棱長為2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$cm=$\sqrt{2}$dcm，晶胞的體積=2$\sqrt{2}$d³cm³，該晶胞中C₆₀分子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，再結(jié)合ρV=m計算．

解答 解：（1）Ni元素是28號元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基態(tài)原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²，則價電子排布式為3d⁸4s²，根據(jù)鎳配合物結(jié)構(gòu)圖可知碳碳間、碳氮間為共價鍵，氮鎳間為配位鍵，氧氫間為氫鍵，
故答案為：3d⁸4s²；ACE；
（2）晶胞中，M原子個數(shù)=8+12×$\frac{1}{4}$+1=12、C₆₀個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，則C₆₀與M原子個數(shù)之比=4：12=1：3，其化學(xué)式為：M₃C₆₀，
故答案為：M₃C₆₀；
（3）石墨烯中碳原子周圍有三個共價鍵，碳原子的雜化方式為sp²，晶胞中C原子數(shù)目為1+2×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$+4×$\frac{1}{4}$=4，
故答案為：sp²；4；
（4）每個碳原子含有的π鍵個數(shù)為$\frac{1}{2}$，所以1molC₆₀分子中π鍵的數(shù)目為$\frac{1}{2}$×60×N_A=30N_A；C₆₀分子其固體屬于分子晶體，C₆₀采用面心立方最密堆積，其配位數(shù)為12；非極性分子的溶質(zhì)易溶于非極性分子的溶劑，C₆₀、CS₂都是非極性分子，C₆₀能溶于二硫化碳中形成無色透明的溶液，水是極性分子，不溶于水，晶胞中C₆₀分子間的最短距離為d cm，則棱長為2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$cm=$\sqrt{2}$dcm，晶胞的體積=2$\sqrt{2}$d³cm³，該晶胞中C₆₀分子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{4×720}{2\sqrt{2}qkqrerd^{3}×{N}_{A}}$，解得d=$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$nm．
故答案為：30N_A；12；分子；C₆₀與二氧化硫都是非極性分子，相似相溶，而水是極性分子；$\frac{1}{\sqrt{2}}\root{3}{\frac{2880}{ρ×{N}_{A}}}×1{0}^{7}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、化學(xué)鍵、晶胞結(jié)構(gòu)與計算、雜化軌道，晶胞結(jié)構(gòu)對學(xué)生的空間想象有一定的要求，注意利用均攤法進行計算，題目難度中等．