Question

【題目】（化學一選修3:物質結構與性質）1735年瑞典化學家布蘭特(G·Brands)制出金屬鈷。鈷的礦物或鈷的化合物一直用作陶瓷、玻璃、琺瑯的釉料。到20世紀，鈷及其合金在電機、機械、化工、航空和航天等工業部門得到廣泛的應用，并成為一種重要的戰略金屬。所以鈷及其化合物具有重要作用，回答下列問題:

(1)基態Co原子的電子排布式為___________。

(2)[Co(NH3)5H2O]Cl3是一種磚紅色的晶體，可通過CoCl2、NH4Cl、濃氨水、H2O2制得。

①Co、N、0原子的第一電離能由大到小的順序是__________。

②[Co(NH3)5H2O]Cl3中Co元素化合價為____，其配位原子為_____；1mol該晶體中含有____molσ鍵。

③H2O2中O原子的雜化軌道類型是______，H2O2能與水互溶，除都是極性分子外，還因為____。

④NH3、NF3的空間構型都相同,但Co3+易與NH3形成配離子，而NF3不能。原因是________。

(3)CoO晶胞如圖，已知Co原子半徑為apm,O原子半徑為bpm，則等距最近的所有O原子圍成的空間形狀為_____；該晶胞中原子的空間利用率為__________(用含a、b的計算式表示)。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d74s2（或[Ar]3d74s2） N>O>Co +3 N 、O 23 sp3 H2O2與水分子間能形成氫鍵 N、F、H三種元素的電負性F>N>H，在NF3中，共用電子對偏向氟原子，偏離氮原子，使得氮原子上的孤對電子難以與Co3+形成配位鍵 正八面體

【解析】(1) Co為27號元素，原子核外電子數為27，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；

（2）①同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而呈增大的趨勢，但第IIA族和第VA族元素的第一電離能大于相鄰元素；

②[Co(NH3)5H2O]Cl3中Co3+是中心離子，NH3和H2O為配位體，以此分析；

③H2O2，由H2O2的結構可以知道，O原子形成1個O-H鍵、1個O-O鍵，含有2對孤對電子雜化軌道數為4，雜化方式為sp3；H2O2易溶于水，還因為H2O2分子與H2O分子間可形成氫鍵；
④N、F、H三種元素的電負性：F＞N＞H，所以NH3中共用電子對偏向N，而在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子；
(3)根據晶胞的結構圖可以知道，晶胞中含有Co原子數為4，氧原子數為4，氧原子位于棱的中點和體心，則等距最近的所有O原子圍成的空間形狀為正八面體；鈷、氧的離子半徑分別為anm、bnm,則晶胞中鈷、氧原子的體積為=4×（anm）3+4×（anm）3，根據晶胞的結構圖可以知道，晶胞的邊長為(2anm+2bnm)，則晶胞的體積為(2anm+2bnm)3，據此計算。

詳解:(1) Co為27號元素，原子核外電子數為27，根據能量最低原理，其核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2，
故答案為：1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2；

（2）①N、O屬于同一周期元素且原子序數N<O，同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大而增大，但第ⅤA族的大于第ⅥA族的，而Co是金屬，第一電離能最小，所以其第一電離能大小順序是N>O>Co,因此，本題正確答案是：N>O>Co；
②[Co(NH3)5H2O]Cl3中Co3+是中心離子，NH3和H2O為配位體，由此可知Co元素化合價為+3價，其配位原子為N 、O ；1mol該晶體中含有3×5molN-H鍵，2molH-O鍵，6mol配位鍵，共計23molσ鍵，
因此，本題正確答案是: +3 ；N 、O ；23 ；

③H2O2，由H2O2的結構可以知道，O原子形成1個O-H鍵、1個O-O鍵，含有2對孤對電子雜化軌道數為4，雜化方式為sp3；H2O2易溶于水，還因為H2O2分子與H2O分子間可形成氫鍵；

因此，本題正確答案是：sp3 ；H2O2與水分子間能形成氫鍵；
④N、F、H三種元素的電負性：F＞N＞H，所以NH3中共用電子對偏向N，而在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子，故答案為：F的電負性比N大，N-F成鍵電子對向F偏移，導致NF3中N原子核對其孤對電子的吸引能力增強，難以形成配位鍵，故NF3不易與Co3+形成配離子（或者N、F、H三種元素的電負性：F＞N＞H，在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子使得氮原子上的孤對電子難于與Co3+形成配位鍵。）；
因此，本題正確答案是：N、F、H三種元素的電負性F>N>H，在NF3中，共用電子對偏向氟原子，偏離氮原子，使得氮原子上的孤對電子難以與Co3+形成配位鍵；
（3）根據晶胞的結構圖可以知道,晶胞中含有Co原子數為4，氧原子數為4，氧原子位于棱的中點和體心，則等距最近的所有O原子圍成的空間形狀為正八面體；鈷、氧的離子半徑分別為anm、bnm,則晶胞中鈷、氧原子的體積為=4×（anm）3+4×（anm）3，根據晶胞的結構圖可以知道，晶胞的邊長為(2anm+2bnm)，則晶胞的體積為(2anm+2bnm)3，

該晶胞的空間利用率為，

×100%=×100%
因此，本題正確答案是：正八面體； ×100%。