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(jī)械制造、磁性材料等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)回答下列問題:

（1）Co基態(tài)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(xué)材料、光動(dòng)力學(xué)中的光敏劑、催化劑等方面得到廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)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(fù)性有大到小的順序?yàn)?/span>_________ (用相應(yīng)的元素符號(hào)作答)；碳原子的雜化軌道類型為__________；

②與鈷離子通過配位鍵結(jié)合的氮原子的編號(hào)是_____________。

（3）Co的一種氧化物的晶胞如圖所示，在該晶體中與一個(gè)鈷原子等距離且最近的氧原子有______個(gè)；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?cè)诰�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(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一個(gè)科研小組發(fā)現(xiàn)了在5K下呈現(xiàn)超導(dǎo)性的晶體，該晶體具有CoO2的層狀結(jié)構(gòu)(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(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中，不能描述CoO2的化學(xué)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(hào)元素；元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大；根據(jù)N原子成鍵情況判斷其是否可能形成配位鍵；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)確定配位數(shù)；根據(jù)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(jù)均攤法求原子個(gè)數(shù)比，再與化學(xué)式比較。

詳解：（1）Co基態(tài)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(fù)性有大到小的順序?yàn)?/span>N>C>H；由分子結(jié)構(gòu)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(hào)為1和3的N原子恰好形成3個(gè)σ鍵，而編號(hào)為2和4的N原子除形成3個(gè)σ鍵外，還分別形成了一個(gè)π鍵，由于N原子的價(jià)電子數(shù)是5，當(dāng)其形成3個(gè)σ鍵后，其價(jià)層電子就達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，故與鈷離子通過配位鍵結(jié)合的氮原子的編號(hào)是2，4 。

（3）由晶胞結(jié)構(gòu)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(shù)均為6，故與一個(gè)鈷原子等距離且最近的氧原子有6個(gè)。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?cè)诰�體中是緊密接觸的，則該晶胞的邊長(zhǎng)為(2a+2b)pm，晶胞的體積為(2a+2b)3pm3；該晶胞中有4個(gè)Co和4個(gè)O，4個(gè)Co和4個(gè)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(jié)構(gòu)示意圖可知，A中正方形內(nèi)O原子數(shù)為4、Co原子數(shù)為1；B中正方形內(nèi)O原子數(shù)為4、Co原子數(shù)為4；C中正方形內(nèi)O原子數(shù)為4、Co原子數(shù)為2 ；D中正方形內(nèi)O原子數(shù)為4、Co原子數(shù)為1。綜上所述，用粗線畫出的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中，不能描述CoO2的化學(xué)組成的是D。