Question

6．氫氣作為一種清潔能源，必須解決它的儲存問題，C₆₀（結構見圖）可用作儲氫材料，已知C₆₀中每個碳原子均達到8電子穩(wěn)定結構．
①1mol C₆₀中σ鍵數目為90，在一定條件下C₆₀可與氫氣發(fā)生加成反應，則1mol C₆₀最多可消耗60gH₂．
②C₆₀與H₂反應后，碳的原子軌道雜化類型的變化情況是sp²
③金剛石中C-C鍵的鍵長為154.45pm，C₆₀中C-C鍵長為145～140pm，但C₆₀的熔點遠遠低于金剛石，原因是C₆₀是分子晶體，熔化時不需破壞化學鍵．

Answer 1

分析 ①C₆₀分子中每個原子只跟相鄰的3個原子形成共價鍵，且每個原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結構，則每個C形成的這3個鍵中，必然有1個雙鍵，這樣每個C原子最外層才滿足8電子穩(wěn)定結構，雙鍵數應該是C原子數的一半，單鍵為σ鍵，1mol C₆₀含30mol碳碳雙鍵；
②C₆₀中每個碳原子形成3個σ鍵，據此確定C原子雜化方式；
③熔點：原子晶體大于分子晶體，原子晶體熔點與共價鍵有關，分子晶體的熔點與共價鍵的鍵長無關．

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

點評 本題考查了C₆₀的有關知識，涉及σ鍵的計算、雜化類型判斷、熔點比較等知識點，充分考查了學生靈活應用基礎知識的能力，題目難度中等．