Question

6．納米技術(shù)制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應(yīng)用到社會生活和高科技領(lǐng)域．單位質(zhì)量的A和B單質(zhì)燃燒時(shí)均放出大量熱，可用作燃料．已知A和B為短周期元素，其原子的第一至第四電離能如下表所示：

電離能（kJ/mol）	I1	I2	I3	I4
A	932	1 821	15 390	21 771
B	738	1 451	7 733	10 540

（1）某同學(xué)根據(jù)上述信息，推斷B的核外電子排布如圖所示，該同學(xué)所畫的電子排布圖違背了能量最低原理．

（2）ACl₂分子中A的雜化類型為sp雜化．
（3）氫氣作為一種清潔能源，必須解決它的儲存問題，C₆₀可用作儲氫材料．已知金剛石中的C-C的鍵長為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長為145～140pm，有同學(xué)據(jù)此認(rèn)為C₆₀的熔點(diǎn)高于金剛石，你認(rèn)為是否正確否，并闡述理由C₆₀為分子晶體，熔化時(shí)破壞的是范德華力，無需破壞共價(jià)鍵，而金剛石屬于原子晶體，熔化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵．

（4）科學(xué)家把C₆₀和鉀摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖所示，該物質(zhì)在低溫時(shí)是一種超導(dǎo)體．寫出基態(tài)鉀原子的價(jià)電子排布式4s¹，該物質(zhì)的K原子和C₆₀分子的個(gè)數(shù)比為3：1．

（5）繼C₆₀后，科學(xué)家又合成了Si₆₀、N₆₀，C、Si、N原子電負(fù)性由大到小的順序是N＞C＞Si，NCl₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形．Si₆₀分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則Si₆₀分子中π鍵的數(shù)目為30．

Answer 1

分析 由表中電離能可知，二者第三電離能劇增，故為+2價(jià)，都為短周期元素，故A為鈹、B為Mg．
（1）由圖1電子軌道排布圖可知，3s能級未填滿就填充3p能級，而3s能級能量比3p能級低；
（2）BeCl₂分子中Be的成2個(gè)σ鍵，沒有孤對電子對，雜化軌道數(shù)為2；
（3）C₆₀為分子晶體，熔化時(shí)破壞的是范德華力，無需破壞共價(jià)鍵，而金剛石屬于原子晶體，熔化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵；
（4）K原子核外電子數(shù)為19，根據(jù)能量最低原理書寫基態(tài)鉀原子的價(jià)電子排布式；
根據(jù)均攤法計(jì)算晶胞中K原子和C₆₀分子的個(gè)數(shù)比；
（5）同周期自左而右電負(fù)性增大，同主族自上而下電負(fù)性減小；
NCl₃分子中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價(jià)層電子對數(shù)=3+1=4；
Si₆₀分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)Si原子形成的3個(gè)鍵中有2個(gè)單鍵、1個(gè)雙鍵，根據(jù)均攤法可知Si₆₀分子中單鍵、雙鍵總數(shù)目為60×3×$\frac{1}{2}$=90．

解答 解：由表中電離能可知，二者第三電離能劇增，故為+2價(jià)，都為短周期元素，故A為鈹、B為Mg．
（1）由圖1電子軌道排布圖可知，3s能級未填滿就填充3p能級，而3s能級能量比3p能級低，違背了能量最低原理，
故答案為：能量最低原理；
（2）BeCl₂分子中Be的成2個(gè)σ鍵，沒有孤對電子對，雜化軌道數(shù)為2，Be原子采取sp雜化，
故答案為：sp雜化；
（3）C₆₀為分子晶體，熔化時(shí)破壞的是范德華力，無需破壞共價(jià)鍵，而金剛石屬于原子晶體，熔化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵，故C₆₀的熔點(diǎn)低于金剛石的，該同學(xué)說法不正確，
故答案為：否；C₆₀為分子晶體，熔化時(shí)破壞的是范德華力，無需破壞共價(jià)鍵，而金剛石屬于原子晶體，熔化時(shí)需要破壞共價(jià)鍵；
（4）K原子核外電子數(shù)為19，根據(jù)能量最低原理，基態(tài)鉀原子的價(jià)電子排布式為：4s¹，
晶胞中K原子數(shù)目為12×$\frac{1}{2}$=6、C₆₀分子個(gè)數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，故晶胞中K原子和C₆₀分子的個(gè)數(shù)比6：2=3：1，
故答案為：4s¹；3：1；
（5）同周期自左而右電負(fù)性增大，同主族自上而下電負(fù)性減小，故電負(fù)性：N＞C＞Si，
NCl₃分子中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5-1×3}{2}$=1，價(jià)層電子對數(shù)=3+1=4，空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，
Si₆₀分子中每個(gè)硅原子只跟相鄰的3個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)Si原子形成的3個(gè)鍵中有2個(gè)單鍵、1個(gè)雙鍵，根據(jù)均攤法可知Si₆₀分子中單鍵、雙鍵總數(shù)目為60×3×$\frac{1}{2}$=90，則Si₆₀分子中π鍵的數(shù)目為90×$\frac{1}{3}$=30，
故答案為：N＞C＞Si；三角錐形；30．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及電離能、雜化方式與空間構(gòu)型判斷、核外電子排布、晶體類型與性質(zhì)、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算等，注意理解電離能劇增與能級能量問題，（5）中注意根據(jù)8電子結(jié)構(gòu)判斷Si原子常見情況，再結(jié)合均攤法計(jì)算化學(xué)鍵數(shù)目．