Question

【题目】第VIII族元素单质及其化合物在工业生产和科研领域有重要的用途。

（1）过渡元素Co 基态原子价电子排布式为_____。第四电离能I4 (Co) < I4 (Fe) ，其原因是_________。

（2）Ni(CO)4 常用作制备高纯镍粉，其熔点为－19.3 ℃， 沸点为 43 ℃。则：

①Ni(CO)4的熔、沸点较低的原因为__________。

②写出一种与CO互为等电子体的分子的化学式__________。

③Ni(CO)4中σ键和π键的数目之比为__________。

（3）NiSO4 常用于电镀工业，其中 SO42－的中心原子的杂化轨道类型为_______，该离子中杂化轨道的作用是__________。

（4）氧化镍和氯化钠的晶体结构相同，可看成镍离子替换钠离子，氧离子替换氯离子。 则：

① 镍离子的配位数为__________。

② 若阿伏加德罗常数的值为NA，晶体密度为 ρ g·cm-3，则该晶胞中最近的 O2－之间的距离为__________pm（列出表达式）。

（5）某种磁性氮化铁的结构如图所示，Fe为__________堆积，则该化合物的化学式为__________。 其中铁原子最近的铁原子的个数为__________。

Answer 1

【答案】3d74s2 Fe3+的价电子排布式为3d5，3d轨道处于半充满的稳定结构，不易再失去电子，所以I4 (Fe)>I4 (Co) Ni(CO)4 属于分子晶体，分子间的范德华力容易被破坏 N2 1:1 sp3 形成σ键 6 六方最密 Fe3N 12

【解析】

(1)Co 是27号元素，根据构造原理，可得其基态原子排布式，进而得到其价电子排布式；根据失去电子后形成离子的结构分析；

(2)①根据 Ni(CO)4的熔沸点高低结合各类晶体熔沸点大小分析比较；

②根据等电子体结构相似，性质也相似书写；

③单键都是σ键，三键分子中含有1个σ键和2个π键；

(3)硫酸根中的S原子的价层电子对数是4，其杂化轨道类型为sp3，该离子中的杂化轨道可用于形成σ键；

(4)①根据氯化钠的晶体结构可知镍离子的配位数为6；

②根据氯化钠的晶胞结构可知晶胞中最近的O2-之间的距离为面对角线的一半，根据晶体密度，结合晶胞中含有的粒子数计算晶胞参数可得O2-之间的距离；

(5)由结构可知，Fe为六方最密堆积；图中结构单元中有2个N原子，Fe原子位于结构单元的内部、顶点、面心，注意1个顶点为图中6个结构单元共用，利用均摊法计算图中结构单元中Fe原子数目，进而确定化学式。

(1) Co是27号元素，根据构造原理，可得其基态原子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2，过渡元素发生反应时，不仅最外层电子发生变化，次外层电子也发生变化，所以其价电子排布式为3d74s2；Fe是26号元素，Fe失去3个电子后形成的Fe3+电子层结构为3d5，3d轨道处于半充满的稳定结构，不易再失去电子，而Co原子失去4个电子变为Co4+，电子层结构为3d5，3d5是稳定结构，再失去一个电子比较难，所以I4 (Fe)>I4 (Co)；

(2)①Ni(CO)4的熔、沸点较低是因为Ni(CO)4 属于分子晶体，分子间以微弱的范德华力结合，范德华力比较微弱，容易被破坏，因此物质的熔沸点比较低；

②CO互为等电子体的分子是N2，N2分子中两个N原子形成三对共用电子对，二者结构相似，因此其结构式C≡O；

③单键都是σ键，三键分子中含有1个σ键和2个π键，Ni(CO)4中σ键和π键的数目之比为8:8=1:1；

②在一个晶胞中含有Ni2+的个数：=4；O2-的个数为：=4，因此在一个晶胞中含有4个NiO；晶胞的质量为m=g，晶胞密度为ρ g·cm-3，则晶胞参数为=×1010pm，由于晶胞中最近的O2 -之间的距离为面对角线的一半，所以最近的O2-之间的距离L=；

(5)由结构可知，Fe为六方最密堆积；图中结构单元中有2个N原子，Fe原子位于结构单元的内部、顶点、面心，注意1个顶点为图中6个结构单元共用，结构单元中Fe原子数目=3+2×+12×=6，Fe、N原子数目之比为3：1，故该晶体化学式为 Fe3N；面心碳原子与结构单元中6个顶点Fe原子相邻，且与内部3个Fe原子也相邻，密置层为ABAB…方式排列，其中铁原子最近的铁原子的个数为12。