Question

【題目】鈷元素是三元鋰離子電池陽極材料的重要成分。請回答下列問題：

(1)鈷元素在周期表中的位置是___________，其外圍電子排布式為___________。

(2)已知第四電離能大小：I4(Fe)> I4 (Co)，從原子結(jié)構(gòu)的角度分析可能的原因是___________。

(3)配位化學(xué)創(chuàng)始人維爾納發(fā)現(xiàn)，取1mol配合物CoCl3·6NH3(黃色)溶于水，加人足量硝酸銀溶液，產(chǎn)生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸。原配合物中絡(luò)離子形狀為正八面體。

①根據(jù)上述事實(shí)推測原配合物中絡(luò)離子化學(xué)式為___________。

②該配合物在熱NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)，并釋放出氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________；生成氣體分子的中心原子雜化方式為___________。

(4)經(jīng)X射線衍射測定發(fā)現(xiàn)，晶體鈷在417℃以上堆積方式的剖面圖如圖所示，則該堆積方式屬于___________，若該堆積方式下的晶胞參數(shù)為acm，則鈷原子的半徑為___________pm。

Answer 1

【答案】第四周期VIII族 3d74s2 Fe3+電子排布較穩(wěn)定的3d5變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4需要更多的能量 [Co(NH3)6]3+ [Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl sp3 面心立方堆積 a1010

【解析】

(1)鈷的原子序數(shù)為27，在周期表中位于第四周期VIII族，電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2；

(2) Fe3+外圍電子排布式為3d5，Co3+外圍電子排布式為3d6，由此可知Fe3+從電子排布較穩(wěn)定的3d5變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4需要更多的能量；

(3)①1mol配合物CoCl3·6NH3(黃色)溶于水，加人足量硝酸銀溶液，產(chǎn)生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，說明Cl-是外界離子，不是配位體；絡(luò)離子形狀為正八面體，則說明Co3+與6個NH3形成配位絡(luò)離子；

②根據(jù)以上分析，該配合物為[Co(NH3)6]Cl3，與熱NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)，放出氣體應(yīng)為氨氣；NH3分子的中心原子的價電子對數(shù)為=4，故雜化方式為sp3；

(4)由圖可知，該堆積方式屬于面心立方堆積；

鈷在面心立方堆積中，鈷原子處于頂點(diǎn)和面心，設(shè)鈷原子的半徑為r，則晶胞立方體面對角線長為4r，若該堆積方式下的晶胞參數(shù)為acm，則（4r）2=a2+a2，解得r=acm=a1010pm。

(1)鈷的原子序數(shù)為27，在周期表中位于第四周期VIII族，電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2，其外圍電子排布式為3d74s2；

故答案為：第四周期VIII族；3d74s2；

(2) Fe3+外圍電子排布式為3d5，Co3+外圍電子排布式為3d6，由此可知Fe3+從電子排布較穩(wěn)定的3d5變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4需要更多的能量，所以第四電離能大小：I4(Fe)> I4 (Co)；

故答案為：Fe3+電子排布較穩(wěn)定的3d5變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4需要更多的能量；

(3)①1mol配合物CoCl3·6NH3(黃色)溶于水，加人足量硝酸銀溶液，產(chǎn)生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，說明Cl-是外界離子，不是配位離子；絡(luò)離子形狀為正八面體，則說明Co3+與6個NH3形成配位絡(luò)離子。則絡(luò)離子化學(xué)式為[Co(NH3)6]3+；

②根據(jù)以上分析，該配合物為[Co(NH3)6]Cl3，與熱NaOH溶液中發(fā)生反應(yīng)，放出氣體應(yīng)為氨氣，則化學(xué)方程式[Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl；NH3分子的中心原子的價電子對數(shù)為=4，故雜化方式為sp3；

故答案為：[Co(NH3)6]3+；[Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl；sp3；

(4)由圖可知，該堆積方式屬于面心立方堆積；

鈷在面心立方堆積中，鈷原子處于頂點(diǎn)和面心，設(shè)鈷原子的半徑為r，則晶胞立方體面對角線長為4r，若該堆積方式下的晶胞參數(shù)為acm，則（4r）2=a2+a2，解得r=acm=a1010pm。

故答案為：面心立方堆積；a1010。