Question

【题目】据媒体报道，法国一家公司Tiamat日前研发出比当前广泛使用的锂电池成本更低、寿命更长、充电速度更快的钠离子电池，预计从2020年开始实现工业生产。该电池的负极材料为Na2Co2TeO6（制备原料为Na2CO3、Co3O4和TeO2），电解液为NaClO4的碳酸丙烯酯溶液。回答下列问题：

（1）Co 属于元素周期表中______区元素，其基态原子的价电子排布式为______。

（2）基态Na原子中，核外电子占据的原子轨道总数为______，最高能层电子云轮廓图形状为_____

（3）结合题中信息判断：C、O、Cl的电负性由小到大的顺序为______（用元素符号表示）。

（4）ClO4 -的几何构型为______；碳酸丙烯酯的结构简式如图所示，则其中碳原子的杂化轨道类型为______，1mol碳酸丙烯酯中键的数目为______。

（5）[Co（H2O）6]3+的几何构型为正八面体形，配体是______，该配离子包含的作用力为______（填选项字母）。

A．离子键B．金属键C．配位键D．氢键E．极性键

（6）Na和O形成的离子化合物的晶胞结构如图所示，晶胞中O的配位数为______，该晶胞的密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则Na与O之间的最短距离为______nm（用含ρ、NA的代数式表示）。

Answer 1

【答案】d 3d74s2 6 球形 C< Cl < O 正四面体形 sp2、sp3 13NA C E 8 ××107nm

【解析】

（1）根据最后填入电子的轨道名称确定所属区域；s区的元素为第IA、IIA族元素；第IB、IIB族为ds区，镧系元素、锕系元素为f区，ⅢB～ⅦB族（镧系元素、锕系元素产物）、第Ⅷ族为d区元素，ⅢA～ⅦA族、零族为p区；

（2）原子的电子总数等于原子序数，根据构造原理可知其电子排布式，据此可判断该基态原子中电子占据的原子轨道总数；s能级电子云轮廓图形状呈球形，p能级电子云轮廓图形状呈哑铃形；

（3）元素的非金属性越强其电负性越大；

（4）根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型及中心原子杂化方式，价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数，σ键个数=配原子个数，孤电子对个数=(a-xb)，a指中心原子价电子个数，x指配原子个数，b指配原子形成稳定结构需要的电子个数；根据碳原子的成键情况要以判断碳原子的杂化方式，单键为sp3杂化，双键为sp2杂化，叁键为sp杂化；

（5）[Co(H2O)6]3+中，1个Co原子结合6个配位体，说明提供6个空轨道，该配位离子的形成是共价键；

（6）根据图知，O离子配位数是8；根据密度公式ρ=计算晶胞中距离最近的Na与O之间的距离。

(1)根据基态原子核外电子排布式中最后填入电子名称确定区域名称，Co原子为27号元素，位于周期表第四周期、第VIII族，外围电子排布式为3d74s2，属于d区；

(2)Na元素的原子序数为11，基态原子的电子排布式为：1s22s22p63s1，每个能级字母前的数字表示电子层数,所以该元素含有3个电子层,根据电子云的空间形状可知，各能级包含的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7，该元素含有s、p能级，6个轨道，最外层电子为3s1电子，该能层电子的电子云轮廓图形状为球形；

(3)元素的非金属性越强其电负性越大，O、Cl、C的非金属性大小顺序是O>Cl>C，所以其电负性大小顺序是O>Cl>C或C< Cl<O；

(4) ClO4 -中Cl原子价层电子对个数=4+(7+14×2)=4，且不含孤电子对，所以Cl原子采用sp3杂化，空间构型为正四面体形，碳酸丙烯酯中碳原子为单键和双键，单键形成4个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为4，为sp3杂化，双键形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，sp2杂化，所以碳原子的杂化轨道类型为sp2、sp3，σ键的总数目为13，即 l3NA(或13×6.02×1023)；

(5)配合物中中心原子提供空轨道，配体提供孤电子对。[Co(H2O)6]3+的几何构型为正八面体形，Co3+在中心提供空轨道，配体是H2O提供孤电子对，1个Co提供6个空轨道。离子中存在配位键，该配位离子HO的作用力为极性共价键，所以正确选项CE；

(6)白色球为O原子，晶胞中白色球数目为8×+6×=4，黑色球为Na原子，而原子配位数与原子数目成反比，故O原子配位数为4×2=8，晶胞体积==cm3，晶胞边长=cm，则Na与O之间的最短距离为×cm=××107nm。