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與鈷離子通過配位鍵結合的氮原子的編號是_____________。

（3）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氧原子有______個；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)。

（4）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中，不能描述CoO2的化學組成的是_______。

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Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d74s2 N>C>H sp2 2，4 6 D

【解析】分析：Co為27號元素；元素的非金屬性越強，其電負性越大；根據N原子成鍵情況判斷其是否可能形成配位鍵；根據晶胞結構確定配位數；根據晶胞中原子的總體積和晶胞的體積求原子的空間利用率；根據均攤法求原子個數比，再與化學式比較。

詳解：（1）Co基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2 ；

（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子的電負性有大到小的順序為N>C>H；由分子結構示意圖可知，分子中所有碳原子的雜化軌道類型均為sp2；

②由圖可知，編號為1和3的N原子恰好形成3個σ鍵，而編號為2和4的N原子除形成3個σ鍵外，還分別形成了一個π鍵，由于N原子的價電子數是5，當其形成3個σ鍵后，其價層電子就達到相對穩定的結構，故與鈷離子通過配位鍵結合的氮原子的編號是2，4 。

（3）由晶胞結構示意圖可知，該晶胞與氯化鈉晶體的晶胞相似，在該晶體中兩種原子的配位數均為6，故與一個鈷原子等距離且最近的氧原子有6個。晶胞中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，則該晶胞的邊長為(2a+2b)pm，晶胞的體積為(2a+2b)3pm3；該晶胞中有4個Co和4個O，4個Co和4個O的總體積為，所以，該鈷的氧化物晶體中原子的空間利用率為。

（4）由CoO2的層狀結構示意圖可知，A中正方形內O原子數為4、Co原子數為1；B中正方形內O原子數為4、Co原子數為4；C中正方形內O原子數為4、Co原子數為2 ；D中正方形內O原子數為4、Co原子數為1。綜上所述，用粗線畫出的重復結構單元示意圖中，不能描述CoO2的化學組成的是D。