Question

6．氫氣作為一種清潔能源，必須解決它的儲(chǔ)存問題，C₆₀（結(jié)構(gòu)見圖）可用作儲(chǔ)氫材料，已知C₆₀中每個(gè)碳原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)．
①1mol C₆₀中σ鍵數(shù)目為90，在一定條件下C₆₀可與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，則1mol C₆₀最多可消耗60gH₂．
②C₆₀與H₂反應(yīng)后，碳的原子軌道雜化類型的變化情況是sp²
③金剛石中C-C鍵的鍵長(zhǎng)為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長(zhǎng)為145～140pm，但C₆₀的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金剛石，原因是C₆₀是分子晶體，熔化時(shí)不需破壞化學(xué)鍵．

Answer 1

分析 ①C₆₀分子中每個(gè)原子只跟相鄰的3個(gè)原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)C形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，這樣每個(gè)C原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，雙鍵數(shù)應(yīng)該是C原子數(shù)的一半，單鍵為σ鍵，1mol C₆₀含30mol碳碳雙鍵；
②C₆₀中每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，據(jù)此確定C原子雜化方式；
③熔點(diǎn)：原子晶體大于分子晶體，原子晶體熔點(diǎn)與共價(jià)鍵有關(guān)，分子晶體的熔點(diǎn)與共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)無關(guān)．

解答 解：①C₆₀分子中每個(gè)原子只跟相鄰的3個(gè)原子形成共價(jià)鍵，且每個(gè)原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則每個(gè)C形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，這樣每個(gè)C原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，雙鍵數(shù)應(yīng)該是C原子數(shù)的一半，而雙鍵中有1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，顯然π鍵數(shù)目為30，一個(gè)C跟身邊的3個(gè)C形成共價(jià)鍵，每條共價(jià)鍵只有一半屬于這個(gè)C原子，所以σ鍵為$\frac{60×2}{2}$+30=90，每個(gè)C形成的這3個(gè)鍵中，必然有1個(gè)雙鍵，1mol C₆₀含30mol碳碳雙鍵，加成消耗30mol氫氣，質(zhì)量為m=nM=60克，
故答案為：90；60；
②C₆₀中每個(gè)碳原子形成3個(gè)σ鍵，所以C原子雜化方式為sp²，
故答案為：sp²；
③因?yàn)镃₆₀構(gòu)成的晶體是分子晶體，影響分子晶體熔點(diǎn)的作用是分子間作用力；而金剛石構(gòu)成的晶體是原子晶體，影響原子晶體熔點(diǎn)的作用是原子間共價(jià)鍵，共價(jià)鍵作用大大與分子間作用力，因此金剛石的熔點(diǎn)高于C₆₀，所以盡管金剛石中C-C鍵的鍵長(zhǎng)為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長(zhǎng)為145～140pm，但其熔化時(shí)并不破壞化學(xué)鍵，因此比較鍵能沒有意義，
故答案：C₆₀是分子晶體，熔化時(shí)不需破壞化學(xué)鍵．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了C₆₀的有關(guān)知識(shí)，涉及σ鍵的計(jì)算、雜化類型判斷、熔點(diǎn)比較等知識(shí)點(diǎn)，充分考查了學(xué)生靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，題目難度中等．