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_______，其價電子排布式為______。

（2）第四電離能大小：I4(Fe)> I4(Co)，從原子結構的角度分析可能的原因是____。

（3）取1mol配合物CoCl3·6NH3(黃色)溶于水，加入足量硝酸銀溶液，產生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸。原配合物中絡離子形狀為正八面體。

①根據上述事實推測原配合物中絡離子化學式為_______。

②該配合物在熱NaOH溶液中發生反應，并釋放出氣體，該反應的化學方程式_____；生成氣體分子的中心原子雜化方式為____。

（4）經X射線衍射測定發現，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_____，若該堆積方式下鈷原子的半徑為r，則該晶體的空間利用率為______（列出表達式并寫出最終結果）。

Answer 1

【答案】第四周期VIII族 3d74s2 Fe3+電子排布較穩定的3d5變為不穩定的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

【解析】

(1)鈷的原子序數為27，依據元素周期表的結構及原子核外電子排布規律作答；

(2) 根據洪特規則易知，核外電子處于半充滿或全充滿狀態比較穩定，結合電離能的定義作答；

(3)①依據題意判斷出Cl-是外界離子，不是配位體；再結合絡離子形狀為正八面體進行推測；

②根據以上分析，該配合物為[Co(NH3)6]Cl3，與熱NaOH溶液中發生反應，放出氣體應為氨氣；再根據價層電子對互斥理論與雜化軌道理論結合推測其雜化方式；

(4)依據金屬原子常見的堆積模型判斷；根據幾何關系找出晶胞立方體面對角線長為4r，若該堆積方式下的晶胞參數為acm，則（4r）2=a2+a2，再根據空間利用率=計算作答。

(1)鈷的原子序數為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+從電子排布較穩定的3d5變為不穩定的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+電子排布較穩定的3d5變為不穩定的3d4需要更多的能量；

(3)①1mol配合物CoCl3·6NH3(黃色)溶于水，加入足量硝酸銀溶液，產生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；絡離子形狀為正八面體，則說明Co3+與6個NH3形成配位絡離子，則絡離子化學式為[Co(NH3)6]3+，

故答案為：[Co(NH3)6]3+；

②根據以上分析，該配合物為[Co(NH3)6]Cl3，與熱NaOH溶液中發生反應，放出氣體應為氨氣，則化學方程式[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；

鈷原子在面心立方堆積中，鈷原子處于頂點和面心，該堆積方式下的晶胞參數為acm，因鈷原子的半徑為r，則晶胞立方體面對角線長為4r，則依據幾何關系可知（4r）2=a2+a2，解得r=a cm，晶胞內鈷原子數目=，則其空間利用率=，

故答案為：面心立方堆積；。