Question

【題目】第VIII族元素單質及其化合物在工業生產和科研領域有重要的用途。

（1）過渡元素Co 基態原子價電子排布式為_____。第四電離能I4 (Co) < I4 (Fe) ，其原因是_________。

（2）Ni(CO)4 常用作制備高純鎳粉，其熔點為－19.3 ℃， 沸點為 43 ℃。則：

①Ni(CO)4的熔、沸點較低的原因為__________。

②寫出一種與CO互為等電子體的分子的化學式__________。

③Ni(CO)4中σ鍵和π鍵的數目之比為__________。

（3）NiSO4 常用于電鍍工業，其中 SO42－的中心原子的雜化軌道類型為_______，該離子中雜化軌道的作用是__________。

（4）氧化鎳和氯化鈉的晶體結構相同，可看成鎳離子替換鈉離子，氧離子替換氯離子。 則：

① 鎳離子的配位數為__________。

② 若阿伏加德羅常數的值為NA，晶體密度為 ρ g·cm-3，則該晶胞中最近的 O2－之間的距離為__________pm（列出表達式）。

（5）某種磁性氮化鐵的結構如圖所示，Fe為__________堆積，則該化合物的化學式為__________。 其中鐵原子最近的鐵原子的個數為__________。

Answer 1

【答案】3d74s2 Fe3+的價電子排布式為3d5，3d軌道處于半充滿的穩定結構，不易再失去電子，所以I4 (Fe)>I4 (Co) Ni(CO)4 屬于分子晶體，分子間的范德華力容易被破壞 N2 1:1 sp3 形成σ鍵 6 六方最密 Fe3N 12

【解析】

(1)Co 是27號元素，根據構造原理，可得其基態原子排布式，進而得到其價電子排布式；根據失去電子后形成離子的結構分析；

(2)①根據 Ni(CO)4的熔沸點高低結合各類晶體熔沸點大小分析比較；

②根據等電子體結構相似，性質也相似書寫；

③單鍵都是σ鍵，三鍵分子中含有1個σ鍵和2個π鍵；

(3)硫酸根中的S原子的價層電子對數是4，其雜化軌道類型為sp3，該離子中的雜化軌道可用于形成σ鍵；

(4)①根據氯化鈉的晶體結構可知鎳離子的配位數為6；

②根據氯化鈉的晶胞結構可知晶胞中最近的O2-之間的距離為面對角線的一半，根據晶體密度，結合晶胞中含有的粒子數計算晶胞參數可得O2-之間的距離；

(5)由結構可知，Fe為六方最密堆積；圖中結構單元中有2個N原子，Fe原子位于結構單元的內部、頂點、面心，注意1個頂點為圖中6個結構單元共用，利用均攤法計算圖中結構單元中Fe原子數目，進而確定化學式。

(1) Co是27號元素，根據構造原理，可得其基態原子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2，過渡元素發生反應時，不僅最外層電子發生變化，次外層電子也發生變化，所以其價電子排布式為3d74s2；Fe是26號元素，Fe失去3個電子后形成的Fe3+電子層結構為3d5，3d軌道處于半充滿的穩定結構，不易再失去電子，而Co原子失去4個電子變為Co4+，電子層結構為3d5，3d5是穩定結構，再失去一個電子比較難，所以I4 (Fe)>I4 (Co)；

(2)①Ni(CO)4的熔、沸點較低是因為Ni(CO)4 屬于分子晶體，分子間以微弱的范德華力結合，范德華力比較微弱，容易被破壞，因此物質的熔沸點比較低；

②CO互為等電子體的分子是N2，N2分子中兩個N原子形成三對共用電子對，二者結構相似，因此其結構式C≡O；

③單鍵都是σ鍵，三鍵分子中含有1個σ鍵和2個π鍵，Ni(CO)4中σ鍵和π鍵的數目之比為8:8=1:1；

②在一個晶胞中含有Ni2+的個數：=4；O2-的個數為：=4，因此在一個晶胞中含有4個NiO；晶胞的質量為m=g，晶胞密度為ρ g·cm-3，則晶胞參數為=×1010pm，由于晶胞中最近的O2 -之間的距離為面對角線的一半，所以最近的O2-之間的距離L=；

(5)由結構可知，Fe為六方最密堆積；圖中結構單元中有2個N原子，Fe原子位于結構單元的內部、頂點、面心，注意1個頂點為圖中6個結構單元共用，結構單元中Fe原子數目=3+2×+12×=6，Fe、N原子數目之比為3：1，故該晶體化學式為 Fe3N；面心碳原子與結構單元中6個頂點Fe原子相鄰，且與內部3個Fe原子也相鄰，密置層為ABAB…方式排列，其中鐵原子最近的鐵原子的個數為12。