Question

( 9分)纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。

（1）A和B的单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料。已知A和B为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：

电离能kJ·mol^－1	I1	I2	I3	I4
A	932	1 821	15 390	21 771
B	738	1 451	7 733	10 540

①某同学根据上述信息，某同学推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了________。

②根据价层电子对互斥理论，预测A和氯元素形成的简单分子空间构型为____________。A原子杂化类型是_______________。

（2）氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀可用作储氢材料。

①已知金刚石中的C—C的键长为154.45 pm，C₆₀中C—C键长为145～140 pm，有同学据此认识C₆₀的熔点高于金刚石，你认为是否正确__________理由是____________________________。

②科学家把C₆₀和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如图所示，该物质在低温时是一种超导体。该物质的K原子和C₆₀分子的个数比为____________。晶胞中每个C₆₀分子周围与之等距离且最近的C₆₀分子数是_________。

③继C₆₀后，科学家又合成了Si₆₀、N₆₀；C、Si、N原子电负性由大到小的顺序是____________。Si₆₀分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键，且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构，则Si₆₀分子中π键的数目为________。

（3）1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。

①根据图示晶胞结构，推算晶体中Y、Cu、Ba和O原子个数比，其化学式________。

②已知该化合物中各元素的化合价Y为＋3价，Ba为＋2价，Cu为＋2价和Cu为＋3价，根据①所推出的化合物的组成，试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比_______________。

③Ba²⁺的配位数为___________。

Answer

（1）①能量最低原理 ②直线形；sp

（2）①不正确；C60是分子晶体，熔化时不需破坏化学键

②3：1；6 ③：N＞C＞Si；30

（3）①YBa2Cu3O7 ②2：1 ③10

【解析】

试题分析：（1）根据表中A、B两原子的第二、三电离能之间都有1个突跃可知它们属于ⅡA族元素。又因为它们都是短周期元素，且A的第一电离能比B大，因此，A为Be元素，B为Mg元素。

①图所示电子排布，根据能量最低原理，最外层两个电子应全排在s轨道上。

②A和氯元素形成的简单分子为BeCl2，其中Be不存在孤对电子，其价层电子对数是2，空间构型是直线形，属于sp杂化。

（2）①虽然C60分子中C-C键的键能大于金刚石，但C60形成的是分子晶体，而金刚石形成的是原子晶体，所以其熔化时并不破坏化学键，破坏的是分子间作用力，金刚石的熔点高于C60。

②根据晶胞结构可判断在晶胞中，K原子和C60分子的个数比为（12÷2）：（8÷8+1）＝3：1。晶胞中每个C60分子周围与之等距离且最近的C60分子数是6个，即上下前后和左右个一个。

③同一周期，从左到右，电负性逐渐增大，同一主族，从上到下，电负性逐渐减小，因此，原子电负性由大到小的顺序是：N＞C＞Si，根据题意，每个硅形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个硅原子最外层才满足8电子稳定结构，所以双键数应该是Si原子数的一半，而每个双键有1个π键，显然π键数目为30。

（3）①结合晶胞图并依据均摊法可知，在一个晶胞中含有Y原子数为1，Cu原子数为8×1/4 +8×1/8 ＝3，Ba原子数为2，O原子数为的个数为8×1/2 +12×1/4＝7，因此Y、Cu、Ba和O的个数比为1：3：2：7，即化学式为YBa2Cu3O7；

②根据化合价代数和为0可知，Cu的平均化合价为价。假设晶胞平均含有x个Cu2+，y个Cu3+，则有：x+y＝3、2x+3y＝2×7−3−2×2，解得x＝2，y＝1，所以：Cu2+：Cu3+＝2：1。③根据晶胞结构可知Ba2+的配位数为10。

考点：考查电离能、核外电子排布、电负性、共价键、晶胞结构、性质与计算等