Question

【题目】C60具有完美的球形结构。之后Si60、N60等球形分子被不断制备出来。回答下列问题：

（1）Si 的核外电子排布式为____________，C和N元素中第一电离能较大的是________________。

（2）富勒烯衍生物具有良好的光电性能，富勒烯(C60)的结构如图所示，C60属于________晶体；C60中C原子的杂化类型为__________________。

（3）N60的晶体中存在的作用力有____________（填字母）。

A.共价键 B.离子键 C.氢键 D.范德华力 E.配位键 F.金属键

（4）立方氮化硼(BN)可做磨料，其结构与金刚石相似，二者具有相似性结构的原因是______________________________________________。

（5）金属M(相对原子质量为m)与N60形成的化合物晶体结构如图所示(其中白球代表N60，黑球代表金属M)，其晶胞边长为k pm，NA代表阿伏加德罗常数的值，则其密度为_______g·cm-3，该化合物中N60的配位数为__________________。

Answer 1

【答案】 1s22s32p63s23p2 或[Ar]3s23p2 N 分子 sp2 AD 硼原子核外有3个价电子，氮原子核外有5个价电子。在立方氮化硼晶体中，每个硼原子除了利用3个价电子形成的共价键外，还可以提供空轨道，接受氮原子的孤对电子，形成一个配位键，于是在立方氮化硼晶体中硼原子和氮原子都采取sp3杂化方式，这和金刚石中C原子的轨道杂化方式一样，就形成了与金刚石类似的正四面体空间网状结构 或 4

【解析】（1）Si原子核外有14个电子，根据构造原理写出Si的核外电子排布式。用同周期元素第一电离能的变化规律比较C和N的第一电离能。

（2）C60属于分子晶体。C60中每个碳原子形成3个碳碳σ键和1个π键，C原子的杂化类型为sp2杂化。

（3）N60由分子构成，N60分子间存在范德华力，N60分子内N原子间存在共价键。

（4）立方氮化硼结构与金刚石相似的原因是：硼原子核外有3个价电子，氮原子核外有5个价电子。在立方氮化硼晶体中，每个硼原子除了利用3个价电子形成的共价键外，还可以提供空轨道，接受氮原子的孤对电子，形成一个配位键，于是在立方氮化硼晶体中硼原子和氮原子都采取sp3杂化方式，这和金刚石中C原子的轨道杂化方式一样，就形成了与金刚石类似的正四面体空间网状结构。

（5）用“均摊法”确定晶胞中粒子的个数，从而确定晶体的化学式，由晶胞边长计算晶胞体积，1mol晶体的质量除以1mol晶体的体积计算晶体的密度。根据晶胞观察M的配位数，由个数比确定N60的配位数。

（1）Si原子核外有14个电子，根据构造原理，Si的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2。同周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，C和N都是第二周期元素，第一电离能：CN，第一电离能较大的是N。

（2）C60属于分子晶体。C60中每个碳原子形成3个碳碳σ键和1个π键，C原子的杂化类型为sp2杂化。

（3）N60由分子构成，N60分子间存在范德华力，N60分子内N原子间存在共价键；答案选AD。

（4）立方氮化硼结构与金刚石相似的原因是：硼原子核外有3个价电子，氮原子核外有5个价电子。在立方氮化硼晶体中，每个硼原子除了利用3个价电子形成的共价键外，还可以提供空轨道，接受氮原子的孤对电子，形成一个配位键，于是在立方氮化硼晶体中硼原子和氮原子都采取sp3杂化方式，这和金刚石中C原子的轨道杂化方式一样，就形成了与金刚石类似的正四面体空间网状结构。

（5）用“均摊法”，1个晶胞中含M：4个，含N60：8+6=4个，M与N60的个数比为1:1，晶体的化学式为MN60；晶胞边长为kpm，晶胞的体积为（k10-10cm）3，1mol晶体的体积为（k10-10cm）34NA；1mol晶体的质量为（m+6014）g；该化合物的密度为（m+6014）g[（k10-10cm）34NA]=g/cm3=g/cm3。根据晶胞，M的配位数为4，M与N60的个数比为1:1，该化合物中N60的配位数为4。