高中化学竞赛题--分子的结构

A组

．下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A  BeCl2    B  PCl3    C  PCl5    D  N2O

．下列分子结构中各原子的最外层电子都满足8电子稳定结构的是

A  SF6    B  XeF2    C  CS2    D  CH4

．下列分子中，所有原子的最外层均为8电子结的是

A  BeCl2    B  H2S    C  NCl3    D  SF6

．下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A  SiCl4    B  H2O    C  BF3    D  PCl5

．下列分子中，所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A  BF3    B  PCl5    C  HCl    D  CF2Cl2

．下列各分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A  C2H4    B  BeCl2    C  PCl5    D  CCl4

．下列各分子中，所有原子都满足最外层为8电子结构的是

A  H2O    B  BF3    C  CCl4    D  PCl5

．下列分子中所有的原子都满足最外层8电子结构的是

A  次氯酸    B  二氟化硫    C  三氟化硼    D  氯化硫（S2Cl2）

．下列温室气体中，和CO2一样，既是非极性分子，所有的原子又都达到8电子稳定结构的是

A  N2O    B  CF2＝CF2    C  CCl2F2    D  SF6

．下列微粒中碳原子都满足最外层为8电子结构的是

A  甲基（—CH3）       B  碳正离子（CH3＋）

C  碳负离子（CH3－）    D  碳烯（∶CH2）

．下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是

A  六氟化氙（XeF6）    B  次氯酸（HClO）

C  二硫化碳（CS2）     D  三氟化硼（BF3）

．六氧化四磷的分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8电子结构，则该分子中含有的共价键的数目是

A  10    B  12    C  24    D  28

．具有极性键的非极性分子是

A  CS2    B  H2S    C  Cl2    D  NH3

．下列分子中，具有极性键而不是极性分子的是

A  H2O    B  HF    C  CO    D  CO2

．下列分子有极性的是

A  CH≡CH    B      C  CH3Cl    D  N2

．只含极性键的非极性分子是

①BF3（平面正三角型分子）  ②CCl4（正四面体型分子）  ③NH3

④H2O       ⑤CH3Cl        ⑥CS2

A  ①②⑥    B  ①②⑤    C  ②⑤③    D  ①②③

．下列物质：①干冰，②石英，③白磷，④氯仿，⑤过氧化钠。其中含极性键的非极性分子是

A  ②③⑤    B  仅②③    C  仅①    D  ①③④

．下列分子中，所有原子不可能共处在同一平面上的是

A  C2H2    B  CS2    C  NH3    D  C6H6

．下列说法中正确的是

A  极性分子中一定只含有极性键

B  非极性分子中一定含有非极性键

C  由极性键构成的分子一定是极性分子

D  由非极性键构成的双原子分子一定是非极性分子

．对于CCl4最好的表达是

A  极性键的极性分子        B  非极性键的极性分子

C  非极性键的非极性分子    D  极性键的非极性分子

．下列分子有极性的是

A  CCl4    B  CO2    C  NH3    D  C6H6

．下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键的是

A  CO2    B  N2O    C  H2O    D  CH4

．以碳原子为中心与两个氯原子及两个碘原子相结合，形成CCl2I2分子，以下推理中正确的是

A  如果CCl2I2分子呈正方形结构，则没有同分异构体

B  如果CCl2I2分子呈正方形结构，则有两个同分异构体

C  如果CCl2I2分子呈四面体结构，则没有同分异构体

D  如果CCl2I2分子呈四面体结构，则有两个同分异构体 

．NH3、H2S等是极性分子，CO2、BF3、CCl4等是极性键构成的非极性分子。根据上述实例可推出ABn型分子是非极性分子的经验规律是：

A  分子中不能含有氢原子

B  在ABn分子中A原子无孤对电子

C  在ABn分子中A的相对原子质量应小于B的相对质量

D  分子中每个共价键的键长应相等

．下列叙述正确的是

A  离子化合物只含有离子键

B  含有共价键的化合物不一定是共价化合物

C  原子间均以非极性键结合而成的分子必定是非极性分子

D  原子间以极性键结合而成的分子必定是极性分子

．下列固体，由具有极性键的非极性分子构成的是①干冰、②石英、③白磷、④固态四氯化碳、⑤过氧化钠，正确答案是

A  ②③⑤    B  仅②③    C  仅①④    D  ①③④⑤

．PO43－、NH4＋这两种离子中各原子的空间的排列情况和CH4分子相似。关于前述三种微粒的说法中，不正确的是

A  Na3PO4溶液和NH4Cl溶液的酸碱性不同

B  NH4＋离子中四个N—H共价键完全相同

C  相同物质的量的PO43－、NH4＋、CH4、P4（白磷）四种微粒所含的共价键个数相同

D  PO43－、NH4＋离子的空间构型为四面体型

．在①CaCl2  ②NH3  ③KOH  ④Na2O2  ⑤CO2  ⑥H2O  ⑦CH4中，

（1）只含有离子键的是     （填序号，下同）。

（2）既含有离子健，又含有非极性键的是       。

（3）属于非极性分子的是     。

（4）分子呈正四面体形结构的是      。

．有一种多聚硼酸盐为无限网状结构（如右图）：

其结构的基本单元可表示为(B5On)m－，则m＝     、n＝      。

．美国加州大学Zettle教授所在的研究小组发现，在用改进的碳弧法合成C60和C70。得到的产物中发现了C36。已知C60有12个正五边形，20个正六边；C70有12个正五边形，25个正六边形。则C36有     个正五边形，     个正六边形。

B组

．电子总数相等的微粒称等电子体，下列各组微粒不属于等电子体的是

A  Mg2＋和Al3＋    B  NO和CO    C  Ca2＋和S2－    D  H2O和NH4＋

．下列叙述正确的是

A  NH3是极性分子，分子中N原子是在3个H原子所组成的三角形的中心

B  CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心

C  H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的

D  CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的

．近年来，科学家合成了一种具有“二重结构”的球形分子。它是把足球型分子C60，容纳在足球型分子Si60中，外层的Si与里面的C以共价键结合。下列关于这种物质的叙述中正确的是

A  是化合物    B  是混合物    C  不含极性键    D  含有离子键

.ABn型分子中，若A原子的最外层未达到稳定结构，则该分子被称为缺电子分子。下列分子属于缺电子分子的是

A  CO2    B  BeCl2    C  BF3    D  PCl5

.最新研究表明生命起源于火山爆发，是因为火山爆发产生的气体中含有1%的羧基硫（COS），已知羧基硫分子中所有原子均满足八电子结构，结合周期表知识，有关说法正确的是

A  羰基硫的属于非极性分子      B  羰基硫沸点比CO2低

C  羰基硫的电子式为：    D  羰基硫分子中三个原子处于同一直线上

.近年来科学家发现有100个碳原子构成一个具有完美对称性的C100原子团，其中每个碳原子仍可形成4个化学键。最内层是由20个碳原子构成的正十二面体（即每个碳与其它三个碳相连）。外层的60个碳原子形成12个分立的正五边形（即每个碳原子与其它2个碳相连）。处于中间层次的碳原子连接内外层碳原子。当它与氢或氟形成分子时，其分子式为C

A  C100H20和C100F20    B  C100H60和C100F60

C  C100H12和C100F12    D  C100H40和C100F40

．根据等电子原理：由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，它们具有相似的结构特征。以下各组微粒结构不相似的是

A  CO和N2    B  O3和NO2－    C  CO2和N2O    D  N2H4和C2H4

．S8分子的空间几何构型呈皇冠型（）。下列分子中，与S8分子具有相同的几何构型的是

A  SenS8－n    B  (SNH)4    C  (NSH)4    D  S4N4

．通常把原子数和电子数均相等的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体间的结构和性质相似，下列有关说法中正确的是

A  B3N3H6是由极性键组成的非极性分子

B  B3N3H6能发生加成反应和取代反应

C  B3N3H6具有碱性

D  B3N3H6各原子不在同一平面上

．已知PCl5是三角双锥几何构型，若Cl元素有两种稳定的同位素，则PCl5的不同分子种数（包括异构体）为

A  8    B  10    C  12    D  14

．硼晶体的基本结构单元是硼原子组成的正二十面体，其中，每个面均为正三角形，每个棚原子均与另外五个硼原子相连。由此推断在硼晶体的基本结构单元中的顶点数和棱边数分别是

A  60、12    B  12、30    C  30、12    D  10、30

．近年来科学家们发现由100个碳原子构成具有完美对称性的C100原子团，每个碳原子仍可形成4个化学键，最内部是由20个碳原子构成的正12面体，外层的60个碳原子形成12个分立的正五边形，处于中间层次的碳将内外层碳原子连接在一起，当它与氢和氟形成分子时，其分子式应为

A  C100H60和C100F60    B  C100H20和C100F20

C  C100H12和C100F12    D  C100H40和C100F40

．已知[Co(NH3)6]3＋呈正八面体结构：各NH3分子间距相等，Co3＋位于正八面的中心。若其中二个NH3分子被Cl－取代，所形成的[Co(NH2)4Cl2]＋的同分异构体的种数有

A  2种    B  3种    C  4种    D  5种

．SF6是一种无色气体，具有很强的稳定性，可用于灭火。SF6的分子结构如图3－3所示，呈正八面体型。如果F元素有两种稳定的同位素，则SF6的不同分子种数为

A  6种    B  7种    C  10种    D  12种

．下列关于化合物的说法正确的是

A  只含有共价键的物质一定是共价化合物

B  由两种原子组成的纯净物一定是化合物

C  熔化不导电的化合物一定是共价化合物

D  不含非极性共价键的分子晶体一定是共价化合物

．某共价化合物含碳、氢、氮三种元素，分子内有四个氮原子，且四个氮原子排列成内空的四面体（如白磷结构），每两个氮原子间都有一个碳原子。已知分子内无碳碳单键，也没有碳碳双键，则该化合物的分子式为

A  CH8N4    B  C6H12N4    C  C6H10N4    D  C4H8N4

．在下述化合物中，最可能有偶极矩的是

A  CS2    B  H2S    C  SO3（g）    D  CCl4

．下列分子中，最不容易聚合的是

A  N2O5    B  BeCl2    C  AlCl3    D  NO2

.Science304,p.699(2004)报道，厦门大学的郑兰荪院士及其在北京和武汉中科院的同事，成功的利用电弧放电法稳定地制备出C50衍生物，C50由于结构中存在五员环与五员环连接，故很活泼难捕捉。它们制取的方法是在不锈钢的腔体之中，加入0.013atm的四氯化碳(tetrachloride)气体及0.395atm的氦气，然后外加24v的偏压，石墨电弧方法放电，产生约90g的煤灰，经纯化之后得到2mg纯度99.5%的C50Cl10。研究人员表示，C50Cl10外型像艘宇宙飞船，带有10根可产生反应的碳氯悬臂，它跟C60或C70一样很容易和不同的有机物形成物理或化学性质相当有趣的新化合物. 

试题：已知多面体的顶点数、面数和棱这数的关系,遵循欧拉定理：顶点数＋面数－棱边数 ＝2。结合题中住息，下列有关C50Cl10推测肯定不正确的是

A  1molC50Cl10最多与25mol F2发生加成反应

B  根据欧拉公式，由C50组成的环中，有12个正五边形，15个六边形构成

C  C50Cl10在一定条件可发生取代反应,从而为定向合成开辟新路

D  四氯化碳作用是作为氯源，以此捕获和稳定C50分子

．以下各组指定微粒构成正八面体顶点的是

A  乙烷分子中的氢原子

B  XeF6分子中的F原子

C  NaCl晶体中与一个Na＋最近的Cl－

D  NaCl晶体中与一个Na＋最近的Na＋

E  CsCl晶体中与一个Cs＋最近的Cl－

F  CsCl晶体中与一个Cs＋最近的Cs＋

G  P4在少量O2中燃烧产物分子中的O原子

H  高碘酸根离子中的O原子

．科学家经过数学计算后，认为可能存在H3分子，1996年科学家在宇宙中发现了H3分子。假定，这三个氢原子的成键情况完全相同，则H3的几何形状应是        ；如果只有两个氢原子的成键情况相同，则H3的几何形状应是            。

．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。

（1）根据上述原理，仅由第2周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是：

        和        ；        和        。

（2）此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO2－互为等电子体的分子有：        、        。

．分子（或离子）的空间构型有直线形、角形、平面形、四面体形、三角锥形等。为了解释和预测分子的空间构型，科学家在归纳了已知分子的空间构型的基础上，提出一种简单的理论模型，其理论依据是：分子中的价电子对（包括成键电子对和孤对电子）由于相互排斥作用，而取向彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的空间构型。对于ABm形分子（A为中心原子，B为配位原子），分子中的价电子对数（n）可以通过下式确定：

n＝

②直线形分子中最少有3个原子，平面形分子中最少有4个原子。

（1）指出下面物质分子或离子的空间构型：

PO43－             ；CS2             ；AlBr3(共价分子)            。

（2）有两种活性反应中间体微粒，它们的微粒中均含有1个碳原子和3个氢原子。请依据下面给出的这两种微粒的球棍模型，写出相应的化学式：

               ；               。

（3）按要求写出第二周期非金属元素构成的中性分子的化学式：

平面形分子          ，三角锥形分子           ，四面体形分子          。

．足球烯C60结构形如足球（见右图），可以认为它由正二十面体切掉十二个顶点形成的。则C60中有     个六圆环，有     个五圆环。

．XeF8是一种尚未合成的化合物，预测它的空间构型         ；F有二种同位素，则XeF8有        种不同分子。（不计顺反异构和旋光异构）

．写出下列三种物质的等电子体。

（1）CO    （2）CO2    （3）Sn(OH)62－

．已知气态氯化铝分子以双聚形式存在，其结构如右图所示：

图中“Cl→Al”表示Cl原子提供了一对电子与Al原子共享。又，已知硼酸H3BO3为白色固体，溶于水显弱酸性，但它却只是一元酸。可以用硼酸在水溶液中的电离平衡解释它只是一元酸的原因。请写出下面这个方程式右端的两种离子的表达式：

＋H2O            ＋          

．金属铌能与卤素形成簇状化合物，下图所示为三种NbaXb的结构单元。它们的共同特点是六个Nb原子形成八面体骨架，卤原子通过双桥基（－X－）或三桥基（）与Nb原子相连，结构单元之间通过双桥基相连。请据图写出以下三个物质的化学式：

．在极性分子中，正电荷重心同负电荷重心间的距离称偶极长，通常用d表示。极性分子的极性强弱同偶极长和正（或负）电荷重心的电量（q）有关，一般用偶极矩（μ）来衡量。分子的偶极矩定义为偶极长和偶极上一端电荷电量的乘积，即μ＝d·q。试回答以下问题：

（1）HCl、CS2、H2S、SO2 4种分子中μ＝0的是                     ；

（2）对硝基氯苯、邻硝基氯苯、间硝基氯苯，3种分子的偶极矩由大到小的排列顺序是：                                                                  ；

（3）实验测得：μPF3＝1.03德拜、μBCl3＝0德拜。由此可知，PF3分子是         

    构型，BC13分子是          构型。

（4）治癌药Pt(NH3)2Cl2具有平面四边形结构，Pt处在四边形中心，NH3和Cl分别处在四边形的4个角上。已知该化合物有两种异构体，棕黄色者μ＞0，淡黄色者μ=0。试画出两种异构体的构型图，并比较在水中的溶解度。

构型图：淡黄色                 ，棕黄色                   ；

在水中溶解度较大的是                                      。

．合成C60以及其它球碳分子的方法没有发现最小的球碳分子——C20的存在。2000年，德国Freiburg大学的H.Prinzbach宣称，他们通过摘除法，已经在气相质谱仪的气体中看到了这种分子。他将C20H20溶解在液溴里，在烧瓶里加压长时间回流，最终得到平均组成为C20HBr13的产物。在电子冲击质谱仪中观察到了微量C20＋和C202＋的存在。

（1）C20的空间模型是         ，其中C－Cσ键数是      ，键角是       。

（2）C20H20分子中C原子杂化类型是     ，H－C－C键角比C－C－C键角

     （大、小、相等），C20H20中C－Cσ键长比C20中     （长、短、相等）

（3）C202＋中存在的π键数是      ，异构体数是      （假设两个失去电子的碳原子相对位置不一样而互为异构体）

（4）如果我们将C20HBr13看成唯一产物，请配平下列方程式：

      C20H20＋        Br2          C20HBr13＋           

．(SN)n是最早发现的无机高分子化合物（分子量很大的化合物），n是一个很大的整数。由许许多多(SN)n分子组成的晶体，有各向异性的结构特点，最典型的是，从晶体两个相互垂直的方向上，室温下测定其导电率，其相差竟在2个数量级上。回答下列问题：

（1）已知(SN)n由S2N2聚合而生成，在S2N2中，S和N的化合价数值视为相同，则S2N2分子结构是               （请画出）。

（2）上述晶体属于        （填晶体类型），理由是                       。

（3）(SN)n分子的几何形状，是平面型，立体型，还是线型？          ，理由是                                                      。

．B4Cl4是一种淡黄色并具有挥发性的固体比合物，在70℃以下，它存在于真空中。结构测定表明，该化合物中每个氯原子均结合一个硼原子，其键长都是1.70×l0－10米；任意两个硼原子之间为1.71×10－10米。试根据上述性质和参数画出B4Cl4分子的空间构型。

．提出AB3和AB4型分子质点（分子或离子）的空间构型方案。每个A－B键均是极性且相同的，符合极性和非极性分子或离子的结构各怎样？列出各类型结构的例子。

．Li的有机化合物在有机合成中有着重要的应用。LiCH3是金属有机理的代表物之一，经测定在固态以四聚体存在。试画出该化合物的结构。

．在气态二氯化铍中有单体BeCl2和二聚体(BeCl2)2；在晶体中变形成多聚体(BeCl2)n。试画出各种存在形式的结构简图，并指出Be原子的杂化轨道类型。

．当前使用的人造血主要是全氟碳合物的乳剂，它具有溶解氧的能力大（约40mL O2/100mL乳剂）、性能稳定、不易挥发、易与水形成稳定的乳剂、无生理毒性等优点，已用于临床。例如FTPA中含碳的质量分数为20.73％。含氟为76.58％、含氮为2.7％。它的最简式即为它的分子式，且分子的空间构型为三角锥形。试写出FTPA的分子式和结构简式。

图1                    图2                   图3

1︰6系列的杂多阴离子具有典型的Anderson结构，配离子M（Mo，W氧化态均为＋6）与氧（O氧化态为－2）形成八面体配位，杂原子X（化合价设为＋n，可以是Te6＋，I7＋，Cr3＋，Co3＋等）。Anderson结构配合物分为A系列和B系列。

（1）上图1是B系列阴离子的示意图，中心八面体XO6被六个MO6（M为Mo或W，）八面体包围，这六个MO6八面体处于同一平面且每个八面体与相邻八面体共用边相连，请写出该阴离子的化学式通式                   

（2）图2表示每个杂原子与六个OH基团形成八面体配位，与杂原子相配位的氧原子和氢原子成键，当X是Cr3＋，M是Mo，请写出这种类型B系列阴离子的化学式      

（3）第2题中结构的阴离子还可以形成双聚体，双聚体中两个阴离子之间形成了7个氢键，化合价为－7，但其晶胞所含的原子个数仍可以表示为传统的分子式形式如图3所示。图中Ot表示端氧，Ob是与两个Mo相连的氧，Oc是与两个Mo和一个Pt（氧化态＋4）相连的氧。写出双聚体的化学式                    

．等电子原理是指两个或两个以上的分子（或离子），它们的原子数相同，分子（或离子）中电子数也相同，这些分子（或离子）常具有相似的电子结构，相似的几何构型，而且有时在性质上也有许多相似之处。例如：CO32－、SO32－、NO3－都有24个价电子，都为平面三角形结构。

（1）Xe和I－等电子，所以可见XeF2和     ；XeO3和     都是等电子化合物，它们均具有相同的构型。

（2）二原子14电子的等电子体共同特点是物质中都具有共价叁键，请举出相应的4个例子（可以是分子或离子）

（3）N2O4和         是等电子体；

（4）过去生产上常以SiO2为催化剂的载体，它和近十几年来应用日广的AlPO4是等电子体，所以在磷酸铝中Al为     配位氧，P为     配位氧。

（5）烟酸（见图）是一种降血脂药物，但其分子中含有羧基，对人体的胃肠道有较大刺激且较难吸收，而且－COOH在人体中的代谢不稳定，因此它的活性和适应性有待改进。在药学上的等电子体的概念是指具有相似的生理作用，如羧基与四氮唑是一种非经典电子等排体，它们具有相似的酸性，但四氮唑（见图）在人体中的代谢较为稳定，因此它可取代药物上的羧基，以改善某些性质。

①烟酸中的羧基被四氮唑取代后的结构简式为：                                

②有机物分子中相邻的羧基与羰基间易形成分子内氢键，从而会影响药物的性质。据药学原理制成色满－3－羧酸（见图），希望它抗过敏作用，但试验发现无此作用，而根据电子等排体理论制成的药物X（见图）的抗过敏作用则较强，这是因为                

.2001年是20世纪伟大的化学家鲍林（Linus Pauling 1901～1994）诞辰100周年纪念。他是一位化学结构大师，因对化学键的本性及其对复杂物质结构的解释而获得1954年度的诺贝尔化学奖。1994年这位世纪老人谢世，人们打开他的办公室，发现里面有一块黑板，画得满满的，其中有一结构式如图所示。老人为什么画这个结构式？它在自然界存在吗？它是炸药吗？它能合成吗？它有什么性质？……不得而知。这是鲍林留给世人的一个谜。也许有朝一日能解开它。

请你对这个结构作一番分析后，回答下列问题。

（1）它的分子式是                    。

（2）如果该分子中的氮原子都在一个平面上，那么该分子中的所有原子是否可能处于同一平面内                （填“可能”或“不可能”）。

（3）该分子的侧链相当于叠氮酸根，它类似于一种叫叠氮酸铅的雷管起爆剂，因此有人预测它是炸药，如果它在没有氧气参与的情况下爆炸，反应的化学方程式（发生分解反应，生成两种单质和两种化合物）是                                    ；如果有足量氧气参与的条件下发生爆炸，那么，1mol该化合物爆炸时需消耗          mol氧气。

C组

．试写出下列物质所有的八隅体结构化学式：（1）CH4O  （2）C2H3F  （3）N3－？

．已知SO2和CO2的偶极矩分别是5.37×10－30C·m和0。试根据这一信息推测两个分子的形状？

．由C3O2分子中存在的键说明其分子结构。

．在一定条件下，三个甲醛分子可以连成一个环形分子。访画出它的Lewis结构。正确的结构应是C和O原子交替相连。

．偶极短的单位用“debye”表示，

1 debye＝10－18(esu)·cm

其中esu为电荷的静电单位，它可被定义为：1 C＝2.998×109esu。试用国际标准单位表示l debye的值？

．NH3、AsH3和BF3的偶极短分别为4.97×10－30、0.60×10－30和0.00X10－30C·m。试判断它们的分子形状？

．判断下列分子或离子的几何构型，并说明未给出偶极矩数据的那些分子或离子是否是极性的：

①SF6；②ClF3；③ICl4－；④H2N－NH2（μ＝6.14×10－30C·m）；⑤NO2＋；⑥(CH3)2SnF2；⑦XeF4；⑧PF5；⑨SF4；⑩； （μ＝5.0×1030C·m）；（μ＝0）

．为何下列各对分子的偶极矩明显的不同？请说明理由。

（1）OF2（μ＝1.00×10－30C·m），BeF2（μ＝0）

（2）PF3（μ＝3.43×10－30C·m），BF3（μ＝0）

（3）SF4（μ＝2.00×10－30C·m），SnF4（μ＝0）

（4）NH3（μ＝4.93×10－30C·m），NF3（μ＝0.67×10－30C·m）

．美国科学杂志世界上科学界最权威最精英的杂志之一。下面这幅分子结构模型图正是2004年4月30号出版的《SCIENCE》杂志上的图片，报道的是，中国科学家首次成功合成新型稳定小富勒烯C50Cl10，这项研究是富勒烯科学的重要突破。该项工作是在厦门大学化学系郑兰荪院士的领导和组织下完成的，武汉物数所参与了其中部分工作并做出了特殊贡献。该成果的论文“Capturing the labile fullerene[50] as C50Cl10”。C50Cl10也是具有完美对称的分子，C50Cl10的研究有着极为重要的科学价值。

现根据其信息，试完成以下两小题。

（1）厦门大学郑兰荪院士合成的C50Cl10富勒烯足球状分子含氯衍生物，50个碳原子组成若干个正六边形和正五边形，其中碳均为四价。有关C50Cl10的说法正确的是

A  C50Cl10与C60互为同素异形体

B  C50Cl10分子用电子对数目为105个

C  C50Cl10摩尔质量为955g

D  C50Cl10分子中含有55个碳碳单键

（2）不饱和度Ω是确定有机物分子结构的重要方法，不饱和度也称为缺氢指数，当分子中每产生一个C＝C或每形成一个单键的环，就会产生一个不饱和度，足球烯C60的不饱和度为61。有机物分子中的卤素原子取代基，可视作氢原子计算Ω。

试回答下列：立体封闭有机物分子（多面体或笼状结构）也可确定不饱和度，如：①立方烷：面数为6，Ω＝5  ②棱晶烷：面数为5，Ω＝4  ③金刚烷面数为4，Ω＝3。

则C50Cl10 结构如右图所示：，含有的面数为：         。

．多面体几何学和化学的关系日益显得重要。在实习中，示出了五种正多面体的图形和性质，介绍了多面体通用的Euler公式［顶角数（V）＋面数（F）＝棱边数（E）＋2］，讨论了等径圆球密堆积中的四面体和八面体空隙的几何学等，帮助读者在了解有关化合物的结构和性质上打下一定的基础。随着球碳（如C60，C70等）的出现，单质硼中B12单元和B60壳层结构的测定，以及包合物和原子簇化合物中呈现的种种多面体的结构，又吸引读者进一步学习多面体的结构的兴趣。试回答下面有关多面体几何学的问题：

（1）当多面体只由五边形面（F5）和六边形面（F6）组成，每个顶点都连接3条棱时，试证明不论由多少个顶点组成多面体，其中五边形面的数目总是12个。

（2）已知C60分子是个具有足球外形的32面体，试计算其价键结构式中的C－C单键数目，C＝C双键数目和C－Cσ键数目。

（3）已知C80，C82和C84都能包合金属原子，形成Ca＠C80，Ba＠C80，Ca＠C82，La＠C82，Ca＠C84。，La＠C84等分子。试分别计算C80，C82和C84分子中含有六边形面的数目。

（4）气体水合物晶体的结构，可看作由五边形面和六边形面组成的多面体，其中包合气体小分子（如CH4），多面体共面连接而成晶体。试求512，51262，51263等三种多面体（512指含12个五边形面的多面体，51262指含12个五边形面和2个六边形面的多面体）各由几个H2O分子组成？作图表示这些多面体的结构。

．C24H24有三种特殊的同分异构体A、B、C，它们都是笼状结构，不含有双键和三键；它们都只有一种一氧取代物，而二氯取代物不完全相同。试画出或说明A、B、C的碳原子空间构型和二氯取代物的具体数目，并比较A、B、C分子的稳定性。

．钼有一种含氧酸根[MoxOy]z－，式中x、y、z都是正整数；Mo的氧化态为＋6，O呈－2。可按下面的步骤来理解该含氧酸根（如下图所示）的结构：

（A）所有Mo原子的配位数都是6，形成[MoO6]n－，呈正八面体，称为“小八面体”（图A）；

（B）6个“小八面体”共棱连接可构成一个“超八面体”（图B）；

（C）2个“超八面体”共用2个“小八面体”可构成一个“孪超八面体”（图C）；

（D）从一个“孪超八面体”里取走3个“小八面体”，得到的“缺角孪超八面体”（图D）便是本题的[MoxOy]z－（图D中用虚线表示的小八面体是被取走的）。

A         B            C              D

回答了列问题：

（1）小八面体的化学式[MoO6]n－中的n=         

（2）超八面体的化学式是         。

（3）孪超八面体的化学式是         。

（4）缺角孪超八面体的化字式是          。

．二异丙基合铍与二甲胺按1︰2的比例反应，得到[Be(NMe2)2]3。第一步在25℃时，每1mol R2Be结合1mol胺，第二步在40℃时，又结合第二摩尔胺。

（1）写出描述这两步过程的化学方程式。

（2）最终产物的可能结构是环状的三聚物。画出该分子的结构式。

（3）在2画出的三聚物并不是真实的结构，实验观察到的结构包含一个四配位铍和两个三配位铍。根据三配位和四配位铍原子画出一个最可能的结构。

．众所周知，用合成C60以及其他球碳分子的方法没有发现最小的球碳分子——C20的存在。这显然是由于该分子的张力太大，反应性太高，难以稳定存在。最近，德国Freiburg大学的学的H.Prinzbach宣称，他们已经在气相质谱仪的气体中看到了这种分子。他们的方法可以称为“摘除法”，即设法把十二面体烷C20H20的氢“摘除”。Prinzbach意识到将C20H20转化为球状的C20是十分困难的，想到先用其他原子取代氢。用氯不现实，他采用了溴。他把十二面体烷溶解在溴中，在烧瓶里加压长时间回流，最终得到平均组成为C20HBr13的产物。这说明已经摘除了部分氢了。接着他们用电子冲击质谱仪来脱溴，在质谱仪的气相组分中观察到，在大量的C20的各种溴化物中有微量C20＋和C202＋的存在。Prinzbach知道，根据计算的结果，C20的碗状异构体远比球状的稳定。为排除在质谱仪里看到的C20可能是碗状异构体，Prinzbach又从具有芳香性的轮烯（CorannuleneC20H10）溴化，然后在与得到球碳C20相同的条件下摘除它的溴原子，然后与Boston学院的L.T.Scott和FreiBurg的VonIssendorff合作，对比这两种异构体的光电子能谱，发现这两种异构体的光电子能谱是不同的，而且也跟早先已经得知的单环状的C20的光电子能谱也是不同的，球状的C20的光电子能谱十分明显具有封闭笼状多烯的特征，相比之下，单环状的C20构体则具有炔的特征。右图是C20球状的异构体（仅画出骨架结构）。

（1）C20H20中C－C－C键角是    °、C－C－H键角分别是      °。

（2）C20H20的二溴取代物（C20H18Br2）种数是             。

（3）C20中是否存在二次轴、三次轴、四次轴、五次轴或六次轴（n次轴表示绕该轴旋转360º/n与图形完全重合），并说明分别有几条。

（4）写出Prinzbach将C20H20转化为产物C20HBr13的化学方程式。

（5）画出C20碗状异构体骨架结构的平面投影图（垂直“碗口”的方向观察）；为什么C20的碗状异构体远比球状的稳定？

（6）画出C20单环异构体状的结构简式。

．稠环分子的三维结构常常可以用角张力的减小得以解释。考虑十二面体烷（如右图所示）：

（1）哪一种构型（平面三角形120º；四面体109.5º；或者八面体90º）跟它的键角的角度最接近？           

（2）十二面体烷的的立体结构式跟哪一种杂化类型（sp、sp2 or sp3）最接近？           

定义“连接处”为分子中任何一个三环体系共用的中心碳原子。试观察十二面体烷中用粗线标出的三个五角形（如图5－5所示）。设有一根轴穿过连接处的中心碳原子，该轴跟三个C—C键的夹角是相同的（如右图所示）。

（3）试作一个理智的猜测，对于十二面体烷，这个角度的精确到的数值是多大？         

（4）上述角度减去90º可以描述它们偏离平面性。十二面体烷的连接处是否是平面的？       

现在再加富勒烯。所有己知的富勒烯中任何一个连接处偏离平面性都比十二面体烷小。对于C60，所有的连接处都是完全相同的。

已经证实存在比C60更小的富勒烯，例如C58。如果忽略C58的结构中任何一个双键和单键的区别（如右图所示）。为清楚起见，把该分子中的连接处的中心碳原子标为A、B和C并用如右图所示标出。

（5）哪一个连接处偏离平面性最小？哪一个最大？A、B还是C？

最后考虑更大的富勒烯C180，作一级近似，设C60和C180。都是“完美的”球体（如右图所示）。

（6）它们的结构中哪一个连接处偏离平面性比较大些？是C60呢？还是C180？           

（7）C180中A、B、C型碳原子各有几个？

A        、B        、C        

（8）若把周围全是六边形的六边形的中心标出一个*，那么这些*构成的几何图形为             

．美国Riverside加洲大学教授C.A.Reed发现，用超酸H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)将C60质子化为HC60＋，后者在溶液和固态都是很稳定的。研究者获得该超酸的方法是：在低温下液态HCl 作用于固态(C2H5)3Si(CB11H6X6)，随后在真空状态下蒸馏除去挥发性的副产物(C2H5)3SiCl。该超酸与C60在溶液中反应得到纯净的固体样品[HC60]＋[CB11H6X6]－。解答如下问题：

（1）常见化学反应中，              与超酸H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)将C60质子化的反应很相似。

（2）C60，C70，金刚石和石墨四者的关系是           ；有机溶剂中（如乙醇）溶解性较好的是         和           。

（3）副产物(C2H5)3SiCl名称是        ，该物质易水解，产物是       和        ，请分析SiCl4在空气中产生的现象和反应方程式：                                   

（4）比较下列三种物质的酸性强弱：H(CB11H6X6，X＝Cl,Br)，[HC60]＋[CB11H6X6]－，盐酸

（5）CH3CH＝CH2的水化，通常需要质子性催化剂，其原理与HC60＋相似。常见的几种酸中：硫酸、盐酸、、磷酸等，适于作丙烯水化催化剂的是_______________。

（6）上述阴离子[CB11H6X6]－(X＝Cl,Br)的结构可以跟下左图的硼二十面体相比拟，也是一个闭合的纳米笼，而且，[CB11H6X6]－离子有如下结构特征：它有一根轴穿过笼心，依据这根轴旋转360°/5的度数，不能察觉是否旋转过。

①写出满足条件的全部阴离子的化学式：                                  

②请在下右图右边的图上添加原子（用元素符号表示）和短线（表示化学键）画出任一一个阴离子的结构，这样的阴离子共有       个（其中与碳原子相连的是氢原子而不是X原子）。

．稠环分子的三维结构常常可以用角张力的减小得以解释。试考虑下列分子：

十二面体烷（下左图）和椭圆烯C32H14（下右图）。

在十二面体烷中的每一个C5环是规则的正五角形，而椭圆烯中的每一个C6环可以认为是正六角形。

（1）它们的∠（CCC）角分别多大？

（2）哪一种构型（平面三角形，120°；四面体，109.5°；或者八面体，90°）跟上面的∠（CCC）的角度最接近？

（3）十二面体烷和椭圆烯的立体结构式跟哪一种杂化类型（sp、sp2或sp3）最接近？

定义“连接处”为分子中任何一个三环体系共用的中心碳原子。试比较十二面体烷中用粗线标出的三个五角形、椭圆烯中的三个六角形（下图）。

设有一根轴穿过连接处的中心碳原子，该轴距三个C－C键的夹角是相同的（右图）。

（4）试作一个理智的猜测，对于十二面体烷和椭圆烯，这个角度精确到三度的数值是多大？

（5）上述角度减去90°可以描述它们偏离平面性。哪一种连接处是平面的？

现在让我们来考虑两种稠环烯：十二面体烯（C20H18）和椭圆烯（下图）。

假设分子骨架是刚性的，而且在（上图中标出的）双键加氢后骨架的畸变可以忽略。再假定所有的双键都是离域的。

（6）试比较上图中标出的一对碳原子C＝C加氢时，哪一种放出的热量较多？

现在再考虑富勒烯。所有已知的富勒烯中任何一个连接处偏离平面性都比十二面体烷小。

对于C60（左下图），所有的连接处都是完全相同的。试考虑在C60的任何一个C＝C处加氢（中下图）。

（7）C60、十二面体烯和椭圆烯中哪一个加氢放热最多？（仍然假设双键是离域的）

（8）C60、十二面体烯和椭圆烯哪一个加氢放热最少？

已经证实存在比C60更小的富勒烯，例如C58。如果忽略他的结构中任何一个双键和单键的区别（见右上图）：

为清楚起见把该分子中的连接处的中心碳原子标为A、B和C，并用下图标出。

（9）哪一个连接处偏离平面性最小？是A还是B、C？

（10）哪一个连接处偏离平面性最大？是A还是B、C？

（11）将上述碳碳键编号为1－9，哪一处最容易发生加氢反应？

最后考虑更大的富勒烯C180（右图）。

作一级近似，设C60和C180都是“完美的”球体。

（12）对它们的结构中哪一个连接处偏离子面性比较大些？是C60还是C180？

（13）对比C60、C180和石墨，下面对于以kJ/g为单位的ΔHf 值哪一个是正确的？

（14）在下图见a～e中，哪一个对于下面两个转化反应表达势能对反应进程的依赖关系是在确的？

反应物3C60    反应物C180

参（38）