Question

【题目】钴元素是三元锂离子电池阳极材料的重要成分。请回答下列问题：

(1)钴元素在周期表中的位置是___________，其外围电子排布式为___________。

(2)已知第四电离能大小：I4(Fe)> I4 (Co)，从原子结构的角度分析可能的原因是___________。

(3)配位化学创始人维尔纳发现，取1mol配合物CoCl3·6NH3(黄色)溶于水，加人足量硝酸银溶液，产生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸。原配合物中络离子形状为正八面体。

①根据上述事实推测原配合物中络离子化学式为___________。

②该配合物在热NaOH溶液中发生反应，并释放出气体，该反应的化学方程式___________；生成气体分子的中心原子杂化方式为___________。

(4)经X射线衍射测定发现，晶体钴在417℃以上堆积方式的剖面图如图所示，则该堆积方式属于___________，若该堆积方式下的晶胞参数为acm，则钴原子的半径为___________pm。

Answer 1

【答案】第四周期VIII族 3d74s2 Fe3+电子排布较稳定的3d5变为不稳定的3d4需要更多的能量 [Co(NH3)6]3+ [Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl sp3 面心立方堆积 a1010

【解析】

(1)钴的原子序数为27，在周期表中位于第四周期VIII族，电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2；

(2) Fe3+外围电子排布式为3d5，Co3+外围电子排布式为3d6，由此可知Fe3+从电子排布较稳定的3d5变为不稳定的3d4需要更多的能量；

(3)①1mol配合物CoCl3·6NH3(黄色)溶于水，加人足量硝酸银溶液，产生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，说明Cl-是外界离子，不是配位体；络离子形状为正八面体，则说明Co3+与6个NH3形成配位络离子；

②根据以上分析，该配合物为[Co(NH3)6]Cl3，与热NaOH溶液中发生反应，放出气体应为氨气；NH3分子的中心原子的价电子对数为=4，故杂化方式为sp3；

(4)由图可知，该堆积方式属于面心立方堆积；

钴在面心立方堆积中，钴原子处于顶点和面心，设钴原子的半径为r，则晶胞立方体面对角线长为4r，若该堆积方式下的晶胞参数为acm，则（4r）2=a2+a2，解得r=acm=a1010pm。

(1)钴的原子序数为27，在周期表中位于第四周期VIII族，电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，其外围电子排布式为3d74s2；

故答案为：第四周期VIII族；3d74s2；

(2) Fe3+外围电子排布式为3d5，Co3+外围电子排布式为3d6，由此可知Fe3+从电子排布较稳定的3d5变为不稳定的3d4需要更多的能量，所以第四电离能大小：I4(Fe)> I4 (Co)；

故答案为：Fe3+电子排布较稳定的3d5变为不稳定的3d4需要更多的能量；

(3)①1mol配合物CoCl3·6NH3(黄色)溶于水，加人足量硝酸银溶液，产生3mol白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，说明Cl-是外界离子，不是配位离子；络离子形状为正八面体，则说明Co3+与6个NH3形成配位络离子。则络离子化学式为[Co(NH3)6]3+；

②根据以上分析，该配合物为[Co(NH3)6]Cl3，与热NaOH溶液中发生反应，放出气体应为氨气，则化学方程式[Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl；NH3分子的中心原子的价电子对数为=4，故杂化方式为sp3；

故答案为：[Co(NH3)6]3+；[Co(NH3)6]Cl3+3NaOH=Co(OH)3↓+6NH3+3NaCl；sp3；

(4)由图可知，该堆积方式属于面心立方堆积；

钴在面心立方堆积中，钴原子处于顶点和面心，设钴原子的半径为r，则晶胞立方体面对角线长为4r，若该堆积方式下的晶胞参数为acm，则（4r）2=a2+a2，解得r=acm=a1010pm。

故答案为：面心立方堆积；a1010。