几何学是解决物质结构问题的基础。C₆₀（每个碳原子与周围3个碳原子相连，如下图）是一系列碳原子簇合物（即富勒烯）的一个典型代表，它的应用十分广泛，涉及光学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18世纪俄罗斯数学家莱昂哈德·欧拉通过理论论证，明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有12个五边形方能闭合成多面体。试回答：

（1）由12个五边形构成的最小碳笼的化学式为__________，计算过程为__________________。

（2）除碳原子能形成笼形球状分子外，实验中还发现了以金属原子部分取代碳原子的“金属——碳原子”团簇分子，即金属碳烯，若金属碳烯的价电子总数与碳原子团簇分子的价电子总数相等，你认为能代替碳原子的金属有________________（填在周期表中的位置）。

（3）在最小的金属碳烯原子簇化合物中，金属与碳原子个数比为2∶3，这种最小金属碳烯团簇分子的化学式为_______________（用M代金属）。

（4）计算机技术的发展带动了理论化学的发展。最近，美国研究人员通过理论计算证明，可以用24个X原子和24个Y原子代替48个碳原子形成C₁₂X₂4Y₂4新的团簇分子。若已知这种全非金属团簇分子与C₆₀价电子总数相等，且X、Y、C元素位于同一周期，X的原子半径小于Y的原子半径，则在12个五边形中，每个五边形中有________个X原子，有________个Y原子，X是________元素，Y是_________元素。

（5）目前，化学家已经找到十余种富勒烯家族成员，如C₂8、C₃2、C₅0、C₆₀、C₇₀……（富勒烯家族成员还在增加），它们的分子结构都是由正五边形和正六边形构成的封闭的凸多面体，则C₈₀结构中五边形和六边形的个数分别是_________和_________。

（6）下列物质不属于富勒烯家族的有___________。

A.C₁₈             B.C₄4          C.C₇₂                  D.C₈₃

（7）晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如下图所示）。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。请根据观察和计算确定：

①该基本结构单元内，所含硼原子的个数为__________；所含B—B键的数目是__________。

②若将晶体硼结构单元的每个顶角削去，余下部分就和C₆₀晶体的结构相同。据此确定，C₆₀是由__________个正六边形和__________个正五边形构成。

(16分)某研究小组取足量形状、质量均相同的铝片，分别与浓度均为6 mol?L^－1的等体积的盐酸、氢氧化钠溶液充分反应后，取出剩余的铝片洗净、干燥、称量。
（1）上述反应剩余铝片的质量，前者________后者（填“大于”或“小于”或“等于”)。
（2）观察铝片与盐酸反应后的溶液较浑浊，且试管底部有少量黑色固体。
查资料已知：
①铝与盐酸反应，因反应过快而变成粉末分散到溶液中，形成黑色固体
②电解法冶炼铝所用的原料氧化铝是从铝土矿中提取的，氧化铝中往往还含有微量的氧化铁和二氧化硅杂质。写出在电解池中生成的铝与杂质二氧化硅反应的化学方程式： ________。
（3）为探究（2）中黑色固体的成分，提出合理假设。
假设1：黑色固体是Al和Fe
假设2：黑色固体是Al和Si
假设3：黑色固体是Al和_______________
（4）设计实验方案，基于假设3进行实验，验证黑色固体含有Al之外的其它成分。
限选实验试剂：蒸馏水、6mol·L^-1H₂SO₄溶液、6mol·L^-1NaOH溶液、6mol·L^-1氨水、0.01mol·L^-1KMnO₄溶液、新制氯水、20%KSCN溶液。

实验步骤	预期实验现象和结论
步骤1：将反应所得浊液过滤、洗涤，取少量固体于试管中，加入足量的6mol·L-1  H2SO4溶液，充分振荡，静置。	___________________________________， 证明黑色固体含有Si
步骤2：

（5）已知硅与NaOH溶液反应与铝相似。取m₁g黑色固体加足量NaOH溶液充分溶解，
滤去不溶物（不考虑可溶物的损失），配成250mL溶液，取出25.00mL溶液，按下列操作进行实验：

在上述操作中，需要用到的玻璃定量仪器有________________________________；
计算黑色固体中Al的质量分数为__________________（相对原子质量：Al-27  Fe-56  H-1  O-16）。

(16分)某研究小组取足量形状、质量均相同的铝片，分别与浓度均为6 mol•L^－1的等体积的盐酸、氢氧化钠溶液充分反应后，取出剩余的铝片洗净、干燥、称量。

（1）上述反应剩余铝片的质量，前者________后者（填“大于”或“小于”或“等于”)。

（2）观察铝片与盐酸反应后的溶液较浑浊，且试管底部有少量黑色固体。

查资料已知：

①铝与盐酸反应，因反应过快而变成粉末分散到溶液中，形成黑色固体

②电解法冶炼铝所用的原料氧化铝是从铝土矿中提取的，氧化铝中往往还含有微量的氧化铁和二氧化硅杂质。写出在电解池中生成的铝与杂质二氧化硅反应的化学方程式： ________。

（3）为探究（2）中黑色固体的成分，提出合理假设。

假设1：黑色固体是Al和Fe

假设2：黑色固体是Al和Si

假设3：黑色固体是Al和_______________

（4）设计实验方案，基于假设3进行实验，验证黑色固体含有Al之外的其它成分。

限选实验试剂：蒸馏水、6mol·L^-1H₂SO₄溶液、6mol·L^-1NaOH溶液、6mol·L^-1氨水、0.01mol·L^-1KMnO₄溶液、新制氯水、20%KSCN溶液。

实验步骤	预期实验现象和结论
步骤1：将反应所得浊液过滤、洗涤，取少量固体于试管中，加入足量的6mol·L-1  H2SO4溶液，充分振荡，静置。	___________________________________， 证明黑色固体含有Si
步骤2：

（5）已知硅与NaOH溶液反应与铝相似。取m₁g黑色固体加足量NaOH溶液充分溶解，

滤去不溶物（不考虑可溶物的损失），配成250mL溶液，取出25.00mL溶液，按下列操作进行实验：

在上述操作中，需要用到的玻璃定量仪器有________________________________；

计算黑色固体中Al的质量分数为__________________（相对原子质量：Al-27  Fe-56  H-1  O-16）。

 

几何学是解决物质结构问题的基础。C₆₀（每个碳原子与周围3个碳原子相连，如下图）是一系列碳原子簇合物（即富勒烯）的一个典型代表,它的应用十分广泛,涉及光学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18世纪俄罗斯数学家莱昂哈德·欧拉通过理论论证，明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有12个五边形方能闭合成多面体。试回答：

（1）由12个五边形构成的最小碳笼的化学式为__________________________________，计算过程为_________________________。

（2）除碳原子能形成笼形球状分子外，实验中还发现了以金属原子部分取代碳原子的“金属——碳原子”团簇分子，即金属碳烯，若金属碳烯的价电子总数与碳原子团簇分子的价电子总数相等，你认为能代替碳原子的金属有____________________________________（填在周期表中的位置）。

（3）在最小的金属碳烯原子簇化合物中，金属与碳原子个数比为2∶3，这种最小金属碳烯团簇分子的化学式为_____________________________（用M代金属）。

（4）计算机技术的发展带动了理论化学的发展。最近，美国研究人员通过理论计算证明，可以用24个X原子和24个Y原子代替48个碳原子形成C₁₂X₂4Y₂4新的团簇分子。若已知这种全非金属团簇分子与C₆₀价电子总数相等，且X、Y、C元素位于同一周期，X的原子半径小于Y的原子半径，则在12个五边形中，每个五边形中有___________个X原子，有___________个Y原子，X是___________元素，Y是___________元素。

（5）目前，化学家已经找到十余种富勒烯家族成员，如C₂8、C₃2、C₅0、C₆₀、C₇₀……（富勒烯家族成员还在增加），它们的分子结构都是由正五边形和正六边形构成的封闭的凸多面体，则C₈₀结构中五边形和六边形的个数分别是_________和_________。

（6）下列物质不属于富勒烯家族的有___________。

A.C₁₈                      B.C₄4                   C.C₇₂                                    D.C₈₃

（7）晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如下图所示）。其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。请根据观察和计算确定：

①该基本结构单元内，所含硼原子的个数为__________；所含B—B键的数目是__________。

②若将晶体硼结构单元的每个顶角削去，余下部分就和C₆₀晶体的结构相同。据此确定，C₆₀是由__________个正六边形和__________个正五边形构成。