Question

【題目】鈷是人體必需的微量元素，含鈷化合物作為顏料，具有悠久的歷史，在機械制造、磁性材料等領域也具有廣泛的應用，請回答下列問題:

（1）Co基態原子的電子排布式為__________________________；

（2）酞菁鈷近年來在光電材料、非線性光學材料、光動力學中的光敏劑、催化劑等方面得到廣泛的應用，其結構如圖所示，中心離子為鈷離子。

①酞菁鈷中三種非金屬原子的電負性有大到小的順序為____________，(用相應的元素符號作答)；碳原子的雜化軌道類型為___________________________；

②與鈷離子通過配位健結合的氮原子的編號是___________________________；

（3）用KCN處理含Co2+的鹽溶液，有紅色的Co(CN)2析出，將它溶于過量的KCN溶液后，可生成紫色的[Co(CN)6]4-，該配離子中的配位體為________，配位原子為____________________；

（4）Co的一種氧化物的晶胞如圖所示，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子有_____個；與一個鈷原子等距離且次近的氧原子有______個；若該鈷的氧化物晶體中鈷原子與跟它最近鄰的氧原子之間的距離為r，該鈷原子與跟它次近鄰的氧原子之間的距離為______；已知在該鈷的氧化物晶體中鈷原子的半徑為apm，氧原子的半徑為bpm，它們在晶體中是緊密接觸的，則在該鈷的氧化物晶體中原子的空間利用率為____(用含a、b的式子表示)。

（5）筑波材料科學國家實驗室一個科研小組發現了在5K下呈現超導性的晶體，該晶體具有CoO2的層狀結構(如下圖所示，小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗線畫出的重復結構單元示意圖不能描述CoO2的化學組成的是_______。

Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d74s2 N>C>H sp2 2，4 CN- N 12 8 r 2π/3×(a2+b2)/(a+b)3 D

【解析】（1）Co為27號元素，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 ；正確答案： 1s22s22p63s23p63d74s2。

（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子為C、N、H，同周期從左到右電負性增大，非金屬性越強，所以電負性N>C>H；分子中碳原子均形成3個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數為3，碳原子的雜化軌道為sp2雜化；正確答案：N>C>H ； sp2。

②含有孤電子對N與Co通過配位鍵結合形成配位鍵后，形成4對共用電子對，1號、3號N原子形成3對共用電子對為普通的共價鍵；2號、4號N原子形成4對共用電子對，與Co原子通過配位鍵結合；正確答案：2，4。

（3）通過題意可知，該離子中的配位體為CN-，形成配位鍵的原子為N；正確答案：CN-；N。

（4）假設黑色球是鈷原子，以頂點鈷原子為研究對象，與之最近的鈷原子位于面心，每個頂點8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，在該晶胞中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子的個數為3×8/2=12；與一個鈷原子等距離且次近的氧原子有8個；鈷離子與跟它次近鄰的氧離子之間距離為晶胞體對角線的一半，距離為 r；鈷的氧化物晶體中共含有鈷原子8×1/8+6×1/2=4個，含有氧原子12×1/4+1=4，即晶胞中含有4個CoO，體積為4/3π×（a2+b2)×4，晶胞的邊長為(2a+2b)，晶胞的體積為(2a+2b)3，鈷的氧化物晶體中原子的空間利用率為[4/3π×（a2+b2)×4]/(2a+2b)3=2π/3×(a2+b2)/(a+b)3；正確答案：12； 8 ； r ；(2π/3×(a2+b2)/(a+b)3。

（5）CoO2重復結構單元中鈷原子：氧原子數目之比用為1:2；有以下圖像可知：A中鈷原子：氧原子=1:（4×1/2）=1:2，符合；B中鈷原子：氧原子=（1+4×1/4）:4=1:2，符合；C中鈷原子：氧原子=（4×1/4）:（4×1/2）=1:2，符合；D中中鈷原子：氧原子=1：（4×1/4）=1:1，不符合；正確選項D。