Question

【題目】金屬鈉元素、鈷元素在工業(yè)上有重要的應(yīng)用。請(qǐng)回答下列問題：

（1）Ca大于Co的是________(填標(biāo)號(hào))

A. 最外層電子數(shù) B. 原子半徑

C. 第一電離能 D. 未成對(duì)電子數(shù)

（2）經(jīng)X射線衍射法測(cè)定發(fā)現(xiàn)，晶體鈷在417℃以上堆積方式的剖面圖如圖所示，則該堆積方式屬于_____，若該堆積方式下的晶胞參數(shù)為a cm，則鈷原子的半徑為______pm。

（3）Co3+氧化性極強(qiáng)，在水溶液中易被還原成Co2+，而在氨水中可穩(wěn)定存在，其原因是________。

（4）已知：配合物中，配位體中含有一個(gè)配位原子的配體稱為單齒配體；一個(gè)配體中有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子的配體稱為多齒配體。[Co(NO3—)4]2—中Co2+的配位數(shù)為4，該配離子中各元素第一電離能由大到小的順序_______（填元素符號(hào)），1mol該離子中含σ鍵數(shù)目為_________。

（5）①Co的某配合物化學(xué)式為CoCl3·3NH3，為八面體結(jié)構(gòu)，其中極性分子有___種。

②該配合物在熱NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，并釋放出氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________。

（6）NaCl晶體在50~300GPa的高壓下和Cl2反應(yīng)，可以形成一種新晶體，其立方晶胞如下圖所示(大球?yàn)镃l，小球?yàn)镹a)。

①若A的原子坐標(biāo)為(0,0,0)，C的原子坐標(biāo)為（1,,），則B的原子坐標(biāo)為________。

②晶體中，Cl構(gòu)成的多面體包含_____個(gè)三角形的面，與Cl緊鄰的Na個(gè)數(shù)為______。

（7）鈷藍(lán)晶體結(jié)構(gòu)如下圖，該立方晶胞由I型和II型小立方體各4個(gè)構(gòu)成，其化學(xué)式為_____，晶體中Al3+占據(jù)O2—形成的_____面體空隙，NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值，設(shè)化學(xué)式對(duì)應(yīng)的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，則鈷藍(lán)晶體的密度計(jì)算式為_________g/cm3。

Answer 1

【答案】B 面心立方堆積 a×1010 Co3+可與NH3（或一水合氨、OH—也可以）形成較穩(wěn)定的配合物 N 、O、 Co或N ＞O＞Co 16NA 2 CoCl3·3NH3+3NaOH Co(OH)3↓+3 NH3↑+3NaCl (，0，) 20 4 CoAl2O4 八 8M/[NA(2a×10—7)3]

【解析】

本題以金屬鈉元素、鈷元素為載體，考查了鈉鈷及其化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

（1）Ca原子基態(tài)電子排布式為[Ar]4s2，Co原子基態(tài)電子排布式為[Ar]3d74s2。A.根據(jù)核外電子排布式可知Ca和Co的最外層電子數(shù)均為2，A錯(cuò)誤；B.Ca和Co的電子層數(shù)一樣，但Co的核電荷數(shù)較大，因而對(duì)最外層電子的吸引力較大，原子半徑較小，故Ca原子半徑大于Co原子，B正確；C.同周期自左往右第一電離能變化有曲折，但整體趨勢(shì)是第一電離能越來越大，故Ca的第一電離能比Co小，C錯(cuò)誤；D. 根據(jù)核外電子排布式可知Ca原子沒有未成對(duì)電子，而Co原子有3個(gè)未成對(duì)電子，Co的未成對(duì)電子數(shù)多于Ca，D錯(cuò)誤。故答案選B。

（2）根據(jù)晶體鈷在417℃以上堆積方式的剖面圖易知該堆積方式為面心立方堆積，設(shè)面對(duì)角線長(zhǎng)s，根據(jù)面心立方堆積特點(diǎn)可知s=4r，r為鈷原子半徑，又s=，帶入數(shù)據(jù)可解得r=×1010pm。

（3）Co3+有空軌道，原因?yàn)?/span>Co3+可與NH3形成穩(wěn)定的配合物，故答案為：Co3+可與NH3形成穩(wěn)定的配合物。

（4）非金屬越強(qiáng)，第一電離能越大，由于N的電子排布式是半充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以第一電離能大于O，所以第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>N、O、Co；硝酸根中σ鍵有3個(gè)，則一個(gè)[Co(NO3—)4]2—離子中含σ鍵數(shù)目為4+4×3=16，則1mol該配離子中含σ鍵數(shù)目為16NA。

（5）①Co的某配合物化學(xué)式為CoCl3·3NH3，為八面體結(jié)構(gòu)，可推知其結(jié)構(gòu)有兩種，因?yàn)椴荒苄纬蓪?duì)稱結(jié)構(gòu)，其中極性分子也是2種；

②該配合物在熱NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，該沉淀為Co(OH)3，并釋放出氣體，氣體為氨氣，因而化學(xué)方程式為CoCl3·3NH3+3NaOH Co(OH)3↓+3 NH3↑+3NaCl。

（6）①觀察立方晶胞可知，兩個(gè)有一定間距的Cl（大球）處于每個(gè)面的中心，C的原子坐標(biāo)為（1，，），觀察C所處的面內(nèi)，距離較遠(yuǎn)的棱的距離為，距離較近的棱的距離為1-=，類比C，可知B的坐標(biāo)為（，0，）；

②晶體中Cl構(gòu)成的面均是正三角形，這樣的三角形可計(jì)數(shù)有20個(gè)；以C處Cl為例，與之鄰近的側(cè)棱上有2個(gè)Na離Cl最近，假設(shè)晶胞長(zhǎng)1，該距離易算得，這個(gè)距離恰好等于晶胞內(nèi)體心Na與該Cl距離相等，該Cl為兩個(gè)晶胞占有，因而有兩個(gè)體心Na與該Cl緊鄰，合計(jì)2+2=4個(gè)。

（7）觀察黑色小球Co可知有兩類Co，一類位于棱上有12×=3個(gè)，另一類在晶胞內(nèi)，體心有1個(gè)Co，而每個(gè)I型中含有1個(gè)Co，晶胞有4個(gè)I型，因而I型含Co共計(jì)4個(gè)，晶胞內(nèi)Co合計(jì)3+1+4=8個(gè)，I型和II型合起來的長(zhǎng)方體中含有4個(gè)Al和8個(gè)O，晶胞內(nèi)有4個(gè)I型和II型合起來的長(zhǎng)方體，因而晶胞內(nèi)總計(jì)有16個(gè)Al和32個(gè)O，Co、Al、O個(gè)數(shù)比為8：16：32=1：2：4，化學(xué)式為CoAl2O4；距離O2-最近的Al3+有6個(gè)，結(jié)合晶胞分析可知，6個(gè)Al3+組成八面體，因而晶體中Al3+占據(jù)O2—形成八面體空隙；每個(gè)晶胞內(nèi)相當(dāng)于擁有8個(gè)CoAl2O4，因而晶胞微粒質(zhì)量m=g，晶胞體積V=(2a×10-7)3cm3，密度等于=g/cm3。