Question

【題目】Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素。回答下列問題:

(1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置為_________，基態Fe原子的電子排布式為__________。

(2)CoO的面心立方晶胞如圖所示。設阿伏加德羅常數的值為NA，則CoO晶體的密度為______g﹒cm-3：三種元素二價氧化物的晶胞類型相同，其熔點由高到低的順序為_______。

(3)Fe、Co、Ni能與C12反應，其中Co和為Ni均生產二氯化物，由此推斷FeCl3、CoCl3和Cl2的氧化性由強到弱的順序為____，Co(OH)3與鹽酸反應有黃綠色氣體生成，寫出反應的離子方程式：______。

(4)95℃時，將Ni片浸在不同質量分數的硫酸中，經4小時腐蝕后的質量損失情況如圖所示，當大于63%時，Ni被腐蝕的速率逐漸降低的可能原因為_____。由于Ni與H2SO4反應很慢，而與稀硝酸反應很快，工業上選用H2SO4和HNO3的混酸與Ni反應制備NiSO4。為了提高產物的純度，在硫酸中添加HNO3的方式為______(填“一次過量”或“少量多次”)，此法制備NiSO4的化學方程式為_______。

Answer 1

【答案】第四周期第VIII族 1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 NiO＞CoO＞FeO CoCl3＞Cl2＞FeCl3 2Co(OH)3 ＋6H+ ＋2Cl－＝Cl2↑＋2Co2+＋6H2O 隨H2SO4質量分數增加，Ni表面逐漸形成致密氧化膜 少量多次 3Ni ＋3H2SO4＋2HNO3 ＝NiSO4＋2NO↑＋4H2O或Ni＋H2SO4＋2HNO3＝NiSO4＋2NO2↑＋2H2O

【解析】

(1)根據Fe、Co、Ni的原子序數得出位置和基態Fe原子的電子排布式。

(2)根據晶胞結構計算出O2和Co2+個數，根據密度公式計算；根據離子晶體鍵能和晶格能比較熔點。

(3)根據反應方程式氧化劑的氧化性大于氧化產物氧化性，Co(OH)3與鹽酸反應發生氧化還原反應生成Cl2、CoCl2、H2O。

(4)類比Fe在常溫下與濃硫酸發生鈍化，根據圖中信息得出原因；根據為了提高產物的純度，根據Ni與H2SO4反應很慢，而與稀硝酸反應很快這個信息得出添加硝酸的方法和反應方程式。

(1)Fe、Co、Ni分別為26、27、28號元素，它們在周期表中的位置為第四周期第VIII族，基態Fe原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；故答案為：第四周期第VIII族；1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；。

(2)CoO的面心立方晶胞如圖1所示。根據晶胞結構計算出O2個數為，Co2+個數為，設阿伏加德羅常數的值為NA，則CoO晶體的密度為；三種元素二價氧化物的晶胞類型相同，離子半徑Fe2+＞Co2+＞Ni2+，NiO、CoO、FeO，離子鍵鍵長越來越長，鍵能越來越小，晶格能按NiO、CoO、FeO依次減小，因此其熔點由高到低的順序為NiO＞CoO＞FeO；故答案為：；NiO＞CoO＞FeO。

(3)Fe、Co、Ni能與Cl2反應，其中Co和為Ni均生產二氯化物，根據鐵和氯氣反應生成FeCl3，氧化劑的氧化性大于氧化產物氧化性，因此氧化性：Cl2＞FeCl3，氯氣與Co和為Ni均生產二氯化物，說明氯氣的氧化性比CoCl3弱，由此推斷FeCl3、CoCl3和Cl2的氧化性由強到弱的順序為CoCl3＞Cl2＞FeCl3，Co(OH)3與鹽酸反應有黃綠色氣體生成，發生氧化還原反應生成Cl2、CoCl2、H2O，其離子方程式：2Co(OH)3＋6H+＋2Cl－＝Cl2↑＋2Co2+＋6H2O；故答案為：CoCl3＞Cl2＞FeCl3；2Co(OH)3 ＋6H+ ＋2Cl－＝Cl2↑＋2Co2+＋6H2O。

(4)類比Fe在常溫下與濃硫酸發生鈍化，根據圖中信息，當大于63%時，Ni被腐蝕的速率逐漸降低的可能原因為隨H2SO4質量分數增加，Ni表面逐漸形成致密氧化膜。工業上選用H2SO4和HNO3的混酸與Ni反應制備NiSO4。為了提高產物的純度，根據Ni與H2SO4反應很慢，而與稀硝酸反應很快，因此在硫酸中少量多次添加HNO3的方式來提高反應速率，反應生成NiSO4、H2O，根據硝酸濃度不同得到NO或NO2，此法制備NiSO4的化學方程式為3Ni＋3H2SO4＋2HNO3 ＝NiSO4＋2NO↑＋4H2O或Ni＋H2SO4＋2HNO3 ＝NiSO4＋2NO2↑＋2H2O；故答案為：隨H2SO4質量分數增加，Ni表面逐漸形成致密氧化膜；少量多次；3Ni ＋3H2SO4＋2HNO3 ＝NiSO4＋2NO↑＋4H2O或Ni＋H2SO4＋2HNO3＝NiSO4＋2NO2↑＋2H2O。