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_______，其价电子排布式为______。

（2）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）取1mol配合物CoCl3·6NH3(黄色)溶于水，加入足量硝酸银溶液，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_____，若该堆积方式下钴原子的半径为r，则该晶体的空间利用率为______（列出表达式并写出最终结果）。

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

【解析】

(1)钴的原子序数为27，依据元素周期表的结构及原子核外电子排布规律作答；

(2) 根据洪特规则易知，核外电子处于半充满或全充满状态比较稳定，结合电离能的定义作答；

(3)①依据题意判断出Cl-是外界离子，不是配位体；再结合络离子形状为正八面体进行推测；

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；再根据价层电子对互斥理论与杂化轨道理论结合推测其杂化方式；

(4)依据金属原子常见的堆积模型判断；根据几何关系找出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，再根据空间利用率=计算作答。

(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，加入足量硝酸银溶液，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+，

故答案为：[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；

钴原子在面心立方堆积中，钴原子处于顶点和面心，该堆积方式下的晶胞参数为acm，因钴原子的半径为r，则晶胞立方体面对角线长为4r，则依据几何关系可知（4r）2=a2+a2，解得r=a cm，晶胞内钴原子数目=，则其空间利用率=，

故答案为：面心立方堆积；。