Question

1996年諾貝爾化學獎授予對發現C₆₀有重大貢獻的三位科學家。C₆₀分子是形如球狀的多面體（如圖），該結構的建立基于以下考慮：

C₆₀的結構

①C₆₀分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學鍵；

②C₆₀分子只含有五邊形和六邊形；

③多面體的頂點數、面數和棱邊數的關系遵循歐拉定理：

頂點數+面數－棱邊數=2。

據上所述，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，熔點較高者應是_________，理由是：_____________________________________________________________________。

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

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

（4）C₇₀分子也已制得，它的分子結構模型可以與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目。C₇₀分子中所含五邊形數為___________，六邊形數為__________。

Answer 1

解析：（1）題目描述了C₆₀分子的結構，據此可斷定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發生加成反應而生成C₆₀F₆₀。

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

（4）設五邊形、六邊形的數目分別為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。根據歐拉定理列：70+(x+y)－70×=2　①

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C原子總數等于五邊形和六邊形占有的C原子數之和列：70=x·+y·　②

聯立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發生加成反應而生成C₆₀F₆₀

（3）60

（4）12　25