Question

17．鈷（Co）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(wèn)題：
（1）Co基態(tài)原子的外圍電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²；
（2）酞菁鈷近年來(lái)在光電材料、非線性光學(xué)材料、光動(dòng)力學(xué)療法中的光敏劑、催化劑等方面得到了廣泛的應(yīng)用．其結(jié)構(gòu)如圖1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)性由大到小的順序?yàn)镹＞C＞H；
（用相應(yīng)的元素符號(hào)作答）；碳原子的雜化軌道類型為sp²；
②與鈷離子通過(guò)配位鍵結(jié)合的氮原子的編號(hào)是2、4；
（3）Co的一種氧化物的晶胞如2圖所示，在該晶體中與一個(gè)鈷原子等距離且最近的鈷原子有12個(gè)；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)（如圖所示，小球表示Co原子，大球表示O原子）．下列用粗線畫(huà)出的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖3不能描述CoO₂的化學(xué)組成的是D．

Answer 1

分析 （1）Co為27號(hào)元素，原子核外電子數(shù)為27，根據(jù)能量最低原理書(shū)寫(xiě)核外電子排布式；
（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子為C、N、H，同周期自左而右電負(fù)性增大，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大；分子中C原子均形成3個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3；
②含有孤對(duì)電子的N原子與Co通過(guò)配位鍵結(jié)合，形成配位鍵后形成4對(duì)共用電子對(duì)，形成3對(duì)共用電子對(duì)的N原子形成普通的共價(jià)鍵；
（3）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對(duì)象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用；CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，結(jié)合均攤法計(jì)算判斷．

解答 解：（1）Co為27號(hào)元素，原子核外電子數(shù)為27，根據(jù)能量最低原理，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²或[Ar]3d⁷4s²；
（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子為C、N、H，同周期自左而右電負(fù)性增大，非金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越大，故電負(fù)性N＞C＞H；分子中C原子均形成3個(gè)σ鍵，沒(méi)有孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)目為3，碳原子的雜化軌道類型為 sp²，
故答案為：N＞C＞H；sp²；
②含有孤對(duì)電子的N原子與Co通過(guò)配位鍵結(jié)合，形成配位鍵后形成4對(duì)共用電子對(duì)，形成3對(duì)共用電子對(duì)的N原子形成普通的共價(jià)鍵，1號(hào)、3號(hào)N原子形成3對(duì)共用電子對(duì)為普通共價(jià)鍵，2號(hào)、4號(hào)N原子形成4對(duì)共用電子對(duì)，與Co通過(guò)配位鍵結(jié)合，
故答案為：2、4；
（3）由氧化物晶胞結(jié)構(gòu)可知晶胞中Co、O原子數(shù)目之比為1：1，假設(shè)黑色球?yàn)镃o原子，以頂點(diǎn)Co原子為研究對(duì)象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共用，在該晶體中與一個(gè)鈷原子等距離且最近的鈷原子數(shù)目為$\frac{3×8}{2}$=12；
CoO₂的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元示意圖中Co、O原子數(shù)目之比應(yīng)為1：2，由圖象可知：
A中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子數(shù)目之比為（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子數(shù)目之比為4×$\frac{1}{4}$：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
D中Co、O原子數(shù)目之比為1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案為：12；D．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、配合物、晶胞計(jì)算等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與遷移應(yīng)用，注意利用均攤法進(jìn)行晶胞計(jì)算，理解配位鍵形成條件，題目難度中等．