Question

1996年諾貝爾化學(xué)獎授予對發(fā)現(xiàn)C₆₀有重大貢獻的三位科學(xué)家。C₆₀分子是形如球狀的多面體（如圖），該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮：

C₆₀的結(jié)構(gòu)

①C₆₀分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學(xué)鍵；

②C₆₀分子只含有五邊形和六邊形；

③多面體的頂點數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系遵循歐拉定理：

頂點數(shù)+面數(shù)－棱邊數(shù)=2。

據(jù)上所述，可推知C₆₀分子有12個五邊形和20個六邊形，C₆₀分子所含的雙鍵數(shù)為30。

請回答下列問題：

（1）固體C₆₀與金剛石相比較，熔點較高者應(yīng)是_________，理由是：_____________________________________________________________________。

（2）試估計C₆₀跟F₂在一定條件下能否發(fā)生反應(yīng)生成C₆₀F₆₀（填“可能”或“不可能”）_______________________，理由：__________________________________。

（3）通過計算，確定C₆₀分子所含單鍵數(shù)為 _________________。

（4）C₇₀分子也已制得，它的分子結(jié)構(gòu)模型可以與C₆₀同樣考慮而推知。通過計算確定C₇₀分子中五邊形和六邊形的數(shù)目。C₇₀分子中所含五邊形數(shù)為___________，六邊形數(shù)為__________。

Answer 1

解析：（1）題目描述了C₆₀分子的結(jié)構(gòu)，據(jù)此可斷定C₆₀形成的是分子晶體，熔融時破壞很弱的范德華力，而金剛石是原子晶體，熔融時破壞很強的共價鍵，所以C₆₀的熔點應(yīng)該比金剛石的熔點低。

（2）C₆₀中每個碳原子都各有一個單電子，價電子的成鍵情況與苯中碳原子類似，依此類推，估計C₆₀能與F₂發(fā)生加成反應(yīng)而生成C₆₀F₆₀。

（3）根據(jù)歐拉定理列方程計算單鍵數(shù)。其中：頂點數(shù)即C原子數(shù)，為60；面數(shù)即五邊形與六邊形之和，為32；棱邊數(shù)即單鍵數(shù)與雙鍵數(shù)之和，已知雙鍵數(shù)為30，設(shè)C₆₀所含單鍵數(shù)為N，根據(jù)歐拉定理列：60+32－(n+30)=2，計算得n=60，即C₆₀所含的單鍵數(shù)為60。

（4）設(shè)五邊形、六邊形的數(shù)目分別為x、y。每條共價鍵都是由兩個C原子形成的，則每個C原子占有它形成的每個共價鍵的。根據(jù)歐拉定理列：70+(x+y)－70×=2�、�

五邊形和六邊形的頂點是共用的，五邊形和六邊形都只占有自己頂點C原子的。根據(jù)C原子總數(shù)等于五邊形和六邊形占有的C原子數(shù)之和列：70=x·+y·�、�

聯(lián)立①②解得x=12　y=25

答案：（1）金剛石　金剛石是原子晶體，而C₆₀是分子晶體

（2）可能　C₆₀含有30個雙鍵，能與F₂發(fā)生加成反應(yīng)而生成C₆₀F₆₀

（3）60

（4）12　25