Question

【題目】近期我國學者研制出低成本的電解“水制氫”催化劑——鎳摻雜的磷化鈷三元納米片電催化劑(Ni0.1Co0.9P)。回答下列問題：

(1)Co在元素周期表中的位置為_______，Co2+價層電子排布式為_______。

(2)Co、Ni可形成[Co(NH3)6]Cl2、K3[Co(NH3)6]、Ni(CO)4、[Ni(NH3)6]SO4等多種配合物。

①SO42-的空間構型為_____，NO3-中N原子的雜化軌道類型為_______。

②C、N、O、S四種元素中，第一電離能最大的是_______。

③1 mol [Co(NH3)6]Cl2中含有σ鍵的數目為______；已知NF3比NH3的沸點小得多，試解釋原因_______。

(3)磷化硼是一種備受關注的耐磨涂料，其晶體中磷原子作面心立方最密堆積，硼原子填入四面體空隙中(如圖)。已知磷化硼晶體密度為ρ g·cm-3，計算晶體中硼原子和磷原子的最近核間距為________cm。

Answer 1

【答案】第四周期Ⅷ族 3d7 正四面體 sp2雜化 N 24NA NH3分子間存在氫鍵，作用力大 ×

【解析】

(1)根據鈷元素的原子序數為27，利用構造原理可確定其核外電子排布，從而確定其在周期表中的位置，Co原子失去最外層2個電子得到Co2+離子，進而可確定其價層電子排布式；

(2)①根據離子的中心原子的價層電子對數確定中心原子的雜化類型以及離子的空間結構；

②根據同周期元素的第一電離能從左到右遞增，同主族元素第一電離能從上到下遞減，同時注意IIA、VA族的特殊性判斷；

③結合粒子的組成，N-H單鍵和配位鍵都是σ鍵；分子晶體的熔沸點與相對分子質量有關，存在氫鍵的熔沸點異常高；

(3)通過晶胞的結構確定晶胞的組成，確定晶胞的質量，結合晶胞的密度，可以求出晶胞參數，晶體中硼原子和磷原子的最近核間距為晶胞體對角線的，體對角線長度為晶胞邊長的倍，得出晶體中硼原子和磷原子的最近核間距。

(1)Co是27號元素，在周期表中處在第四周期第VIII族，其核外電子排布為[Ar]3d74s2，Co原子失去最外能層上的2個4s電子形成Co2+，則Co2+離子的價層電子排布式為3d7；

(2)①SO42-中S原子以sp3雜化軌道成鍵、該離子中存在4個σ鍵，因此SO42-離子空間構型為正四面體形；NO3-中氮原子價層電子對數為3+=3，N原子軌道的雜化類型為sp2雜化；

②C、N、O、S四種元素中，C、N、O是同一周期元素，元素的第一電離能隨原子序數的增大呈增大趨勢，但是N原子2p軌道處于半滿狀態的穩定狀態，失去電子消耗能量比O大，故其第一電離能大于O元素；O、S同一主族元素，同主族元素從上到下第一電離能逐漸減小，故四種元素中第一電離能最大的是N；

③[Co(NH3)6]Cl2中配位體NH3中的N-H鍵是σ鍵，Co原子與N原子之間存在配位鍵是σ鍵，1個[Co(NH3)6]Cl2中含有24個σ鍵，則1 mol該物質中含有24 molσ鍵；

NF3與NH3均為分子構成的物質，氨氣分子間存在氫鍵導致其沸點反常的高；

(3)由圖可知，1個晶胞中含有4個B原子，含有P原子數目為8×+6×=4個，故晶胞質量m＝g，設邊長為a cm，則晶胞的體積V=a3 cm3，故晶胞密度ρ=gcm3，解得a=2×cm。晶體中硼原子和磷原子的最近核間距為晶胞體對角線的，體對角線長度為晶胞邊長的倍，所以晶體中硼原子和磷原子的最近核間距=×2×cm=×cm。