Question

6．氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C₆₀（结构见图）可用作储氢材料，已知C₆₀中每个碳原子均达到8电子稳定结构．
①1mol C₆₀中σ键数目为90，在一定条件下C₆₀可与氢气发生加成反应，则1mol C₆₀最多可消耗60gH₂．
②C₆₀与H₂反应后，碳的原子轨道杂化类型的变化情况是sp²
③金刚石中C-C键的键长为154.45pm，C₆₀中C-C键长为145～140pm，但C₆₀的熔点远远低于金刚石，原因是C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键．

Answer 1

分析 ①C₆₀分子中每个原子只跟相邻的3个原子形成共价键，且每个原子最外层都满足8电子稳定结构，则每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个C原子最外层才满足8电子稳定结构，双键数应该是C原子数的一半，单键为σ键，1mol C₆₀含30mol碳碳双键；
②C₆₀中每个碳原子形成3个σ键，据此确定C原子杂化方式；
③熔点：原子晶体大于分子晶体，原子晶体熔点与共价键有关，分子晶体的熔点与共价键的键长无关．

解答 解：①C₆₀分子中每个原子只跟相邻的3个原子形成共价键，且每个原子最外层都满足8电子稳定结构，则每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，这样每个C原子最外层才满足8电子稳定结构，双键数应该是C原子数的一半，而双键中有1个σ键、1个π键，显然π键数目为30，一个C跟身边的3个C形成共价键，每条共价键只有一半属于这个C原子，所以σ键为$\frac{60×2}{2}$+30=90，每个C形成的这3个键中，必然有1个双键，1mol C₆₀含30mol碳碳双键，加成消耗30mol氢气，质量为m=nM=60克，
故答案为：90；60；
②C₆₀中每个碳原子形成3个σ键，所以C原子杂化方式为sp²，
故答案为：sp²；
③因为C₆₀构成的晶体是分子晶体，影响分子晶体熔点的作用是分子间作用力；而金刚石构成的晶体是原子晶体，影响原子晶体熔点的作用是原子间共价键，共价键作用大大与分子间作用力，因此金刚石的熔点高于C₆₀，所以尽管金刚石中C-C键的键长为154.45pm，C₆₀中C-C键长为145～140pm，但其熔化时并不破坏化学键，因此比较键能没有意义，
故答案：C₆₀是分子晶体，熔化时不需破坏化学键．

点评 本题考查了C₆₀的有关知识，涉及σ键的计算、杂化类型判断、熔点比较等知识点，充分考查了学生灵活应用基础知识的能力，题目难度中等．