Question

【題目】第VIII族元素單質(zhì)及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域有重要的用途。

（1）過渡元素Co 基態(tài)原子價(jià)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(diǎn)為－19.3 ℃， 沸點(diǎn)為 43 ℃。則：

①Ni(CO)4的熔、沸點(diǎn)較低的原因?yàn)?/span>__________。

②寫出一種與CO互為等電子體的分子的化學(xué)式__________。

③Ni(CO)4中σ鍵和π鍵的數(shù)目之比為__________。

（3）NiSO4 常用于電鍍工業(yè)，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(jié)構(gòu)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(shù)為__________。

② 若阿伏加德羅常數(shù)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(dá)式）。

（5）某種磁性氮化鐵的結(jié)構(gòu)如圖所示，Fe為__________堆積，則該化合物的化學(xué)式為__________。 其中鐵原子最近的鐵原子的個(gè)數(shù)為__________。

Answer 1

【答案】3d74s2 Fe3+的價(jià)電子排布式為3d5，3d軌道處于半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，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(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造原理，可得其基態(tài)原子排布式，進(jìn)而得到其價(jià)電子排布式；根據(jù)失去電子后形成離子的結(jié)構(gòu)分析；

(2)①根據(jù) Ni(CO)4的熔沸點(diǎn)高低結(jié)合各類晶體熔沸點(diǎn)大小分析比較；

②根據(jù)等電子體結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)也相似書寫；

③單鍵都是σ鍵，三鍵分子中含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵；

(3)硫酸根中的S原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)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(jù)氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)可知鎳離子的配位數(shù)為6；

②根據(jù)氯化鈉的晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中最近的O2-之間的距離為面對(duì)角線的一半，根據(jù)晶體密度，結(jié)合晶胞中含有的粒子數(shù)計(jì)算晶胞參數(shù)可得O2-之間的距離；

(5)由結(jié)構(gòu)可知，Fe為六方最密堆積；圖中結(jié)構(gòu)單元中有2個(gè)N原子，Fe原子位于結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)部、頂點(diǎn)、面心，注意1個(gè)頂點(diǎn)為圖中6個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用，利用均攤法計(jì)算圖中結(jié)構(gòu)單元中Fe原子數(shù)目，進(jìn)而確定化學(xué)式。

(1) Co是27號(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造原理，可得其基態(tài)原子排布式為1s22s22p63s23p63d74s2，過渡元素發(fā)生反應(yīng)時(shí)，不僅最外層電子發(fā)生變化，次外層電子也發(fā)生變化，所以其價(jià)電子排布式為3d74s2；Fe是26號(hào)元素，Fe失去3個(gè)電子后形成的Fe3+電子層結(jié)構(gòu)為3d5，3d軌道處于半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易再失去電子，而Co原子失去4個(gè)電子變?yōu)?/span>Co4+，電子層結(jié)構(gòu)為3d5，3d5是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去一個(gè)電子比較難，所以I4 (Fe)>I4 (Co)；

(2)①Ni(CO)4的熔、沸點(diǎn)較低是因?yàn)?/span>Ni(CO)4 屬于分子晶體，分子間以微弱的范德華力結(jié)合，范德華力比較微弱，容易被破壞，因此物質(zhì)的熔沸點(diǎn)比較低；

②CO互為等電子體的分子是N2，N2分子中兩個(gè)N原子形成三對(duì)共用電子對(duì)，二者結(jié)構(gòu)相似，因此其結(jié)構(gòu)式C≡O(shè)；

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

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

(5)由結(jié)構(gòu)可知，Fe為六方最密堆積；圖中結(jié)構(gòu)單元中有2個(gè)N原子，Fe原子位于結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)部、頂點(diǎn)、面心，注意1個(gè)頂點(diǎn)為圖中6個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用，結(jié)構(gòu)單元中Fe原子數(shù)目=3+2×+12×=6，Fe、N原子數(shù)目之比為3：1，故該晶體化學(xué)式為 Fe3N；面心碳原子與結(jié)構(gòu)單元中6個(gè)頂點(diǎn)Fe原子相鄰，且與內(nèi)部3個(gè)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(gè)數(shù)為12。