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富勒烯能否互称为同素异形体

材料写作网    时间: 2020-07-01 08:48:38     阅读:

摘要 针对一道广为流传的有关富勒烯高考试题,初步介绍了富勒烯的结构与性质,指出富勒

烯不能互称为同素异形体,并提出新课程理念下应用化学学科前沿成果的材料命题的思考与对策。

关键词 高考命题 富勒烯 结构与性质 同素异形体

1 问题的提出

同素异形体是中学化学的一个很普通的概念,不同版本的大中学教材的表述没有本质的区别。同素异形体是指由同一种元素所生成的几种结构和性质不同的单质。新课标、高考大纲(或考试手册)对这一概念的认知要求层次是'理解“。大概在2006年秋季以后,高中教学和教学资料[1~3]中普遍流行如下一道高考题:科学家发现C60后,近年又合成了许多球形分子(富勒烯),如C50、C70、C120、C540等,它们互称为( )。

(A)同系物(B)同分异构体

(C)同素异形体(D)同位素

提供的答案是(C)。试题把中学物质的基本概念和新近发现的碳单质以及以人名命名的物质作为考查点,有利于学生获取新信息拓展视野,有利于激发学生学习的积极性和创造性。然而,据笔者所知,本题的选项设置和答案的严谨性已引起广泛的讨论。笔者认为,这给当前新课改背景下的中学化学教学提出了值得重视的新问题。

2 对富勒烯结构与性质的认识

2.1 富勒烯的发现和名称的由来

人类对碳元素的研究和应用亘古至今,源远流长。1985年英国H.Kroto教授、美国R.Curl和R.Smalley教授合作,用质谱仪在超声氦气流中,用大功率激光轰击石墨实验时发现C60,并发现C60的质谱图明显高于其他碳原子簇,如果严格控制条件可以获得以C60为主的质谱图。以后人们宣布发现了碳元素的第三种同素异形体””富勒烯(Fullerene),又称碳原子簇(Carbon clusters):C70、C76、C78、C80、C84、C90、C240、C540··C960等(通式为Cn),其中许多介稳定形式(如C540··C960等)有待陆续发现。C60等的发现是人类对碳元素认识的新阶段,是科学史上的重大发现[4~9]。C60的发现首次打破了纯碳只有金刚石和石墨2种同素异形体的概念,使人们认识到一个新的碳化学世界:从平面低对称分子到球形高对称分子;从简单分子到碳笼里包原子的'超原子“分子;从一维超导体到三维超导体;从平面的芳香性到球面的芳香性;从平面石墨到一维碳纳米管,等等。

有关富勒烯的结构,困扰了研究者很长时间。由于受到美国建筑学家Buckminster Fuller用五边形和六边...

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