Question

【题目】2016年诺贝尔化学奖授予在“分子机器设计和合成”领域有突出成就的三位科学家，其研究对象之一“分子开关”即与大环主体分子苯芳烃、硫或氮杂环杯芳烃等有关。回答下列问题：

(1)对叔丁基杯[4]芳烃（如图所示）可用于ⅢB族元素对应的离子萃取，如La2+、Sc2+。写出基态二价钪离子（Sc2+）核外电子排布式：__________。其中电子占据的轨道数为__________个。

(2)对叔丁基杯[4]芳烃由4个烃基构成杯底，其中条件氧原子的杂化方式为___________。烃基间的相互作用力为_______________。

(3)不同大小的杯芳烃能识别某些离子，如：N3-、SCN-等。根据等电子体原料判断N3-空间构型为______；一定条件下，SCN-与MnO2反应可得到(SCN)2。试写出(SCN)2 的结构式：_______________。

(4)已知C60分子结构和C60晶胞示意图（如图Ⅱ，图Ⅲ所示）：

则一个C60分子中含有σ键个数为__________，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有_________个，C60晶体的密度为__________（计算结果保留两位小数）。

Answer 1

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

【解析】本题考查选修三《物质结构与性质》，从基础知识入手，（1）Sc是21号元素，核外电子排布式为[Ar]3d14s2，则Sc2＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d1或[Ar]3d1 ；s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，d能级只有1个电子，占有1个轨道，因此电子占据的轨道有10个；（2）羟基中的氧原子，有2个σ键，2个孤电子对，因此杂化类型是sp3，羟基键通过氢键联系到一起；（3）N3－Y与CO2互为等电子体，因此N3－的空间构型为直线型；(SCN)2的结构式为N≡C-S-S-C≡N ；（4）根据C60分子结构，C60分子中1个碳原子有2个C－C键、1个"C=C"，根据均摊法，一个碳原子真正含有的σ键的个数为3/2，即一个C60分子中含有σ键的个数为60×3/2=90；根据C60晶胞结构，离C60最近的C60上面有4个，中间有4个，下面有4个，即有12个；C60的个数为8×1/8＋6×1/2=4，晶胞的质量为4×720/NAg，晶胞的体积为(1.42×10－7)3cm3，根据密度的定义，晶胞的密度等于为4×720/[NA×(1.42×10－7)3]g/cm3=1.67g/cm3。