Question

【題目】近期我國(guó)學(xué)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)�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

(1)Co在元素周期表中的位置為_______，Co2+價(jià)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(gòu)型為_____，NO3-中N原子的雜化軌道類(lèi)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(shù)目為______；已知NF3比NH3的沸點(diǎn)小得多，試解釋原因_______。

(3)磷化硼是一種備受關(guān)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(jì)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(jù)鈷元素的原子序數(shù)為27，利用構(gòu)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(gè)電子得到Co2+離子，進(jìn)而可確定其價(jià)層電子排布式；

(2)①根據(jù)離子的中心原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)確定中心原子的雜化類(lèi)型以及離子的空間結(jié)構(gòu)；

②根據(jù)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(shí)注意IIA、VA族的特殊性判斷；

③結(jié)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(diǎn)與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，存在氫鍵的熔沸點(diǎn)異常高；

(3)通過(guò)晶胞的結(jié)構(gòu)確定晶胞的組成，確定晶胞的質(zhì)量，結(jié)合晶胞的密度，可以求出晶胞參數(shù)，晶體中硼原子和磷原子的最近核間距為晶胞體對(duì)角線(xiàn)的，體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為晶胞邊長(zhǎng)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(hào)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(gè)4s電子形成Co2+，則Co2+離子的價(jià)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(gè)σ鍵，因此SO42-離子空間構(gòu)型為正四面體形；NO3-中氮原子價(jià)層電子對(duì)數(shù)為3+=3，N原子軌道的雜化類(lèi)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(shù)的增大呈增大趨勢(shì)，但是N原子2p軌道處于半滿(mǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)，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(gè)[Co(NH3)6]Cl2中含有24個(gè)σ鍵，則1 mol該物質(zhì)中含有24 molσ鍵；

NF3與NH3均為分子構(gòu)成的物質(zhì)，氨氣分子間存在氫鍵導(dǎo)致其沸點(diǎn)反常的高；

(3)由圖可知，1個(gè)晶胞中含有4個(gè)B原子，含有P原子數(shù)目為8×+6×=4個(gè)，故晶胞質(zhì)量m＝g，設(shè)邊長(zhǎng)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(duì)角線(xiàn)的，體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為晶胞邊長(zhǎng)的倍，所以晶體中硼原子和磷原子的最近核間距=×2×cm=×cm。