题目内容

6．钴是人体必需的微量元素，含钴化合物作为颜料，具有悠久的历史，在机械制造、磁性材料等领域也具有广泛的应用，请回答下列问题：
（1）Co基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2；

（2）酞菁钴近年来在光电材料、非线性光学材料、光动力学中的光敏剂、催化剂等方面得到了广泛的应用，其结构如图2所示，中心离子为钴离子．
①酞菁钴中三种非金属原子的电负性由大到小的顺序为N＞C＞H，
（用相应的元素符号作答）；碳原子的杂化轨道类型为sp2；
②与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是2，4；
（3）CoCl2中结晶水数目不同呈现不同的颜色．
 CoCl2•6H2O（粉红）$\stackrel{325.3K}{?}$ CoCl2•2H2O（紫红）$\stackrel{363K}{?}$CoCl2•H2O（蓝紫）$\stackrel{393K}{?}$CoCl2（蓝色）
CoCl2可添加到硅胶（一种干燥剂，烘干后可再生反复使用）中制成变色硅胶．简述硅胶中添加CoCl2的作用：随着硅胶的吸湿和再次烘干，二氯化钴在结晶水合物和无水盐间转化，通过颜色的变化可以表征硅胶的吸湿程度；
（4）用KCN处理含Co2+的盐溶液，有红色的Co（CN）2析出，将它溶于过量的KCN溶液后，可生成紫色的[Co（CN）6]4-，该配离子具有强还原性，在加热时能与水反应生成淡黄色[Co（CN）6]3-，写出该反应的离子方程式：2[Co（CN）6]4-+2H2O=2[Co（CN）6]3-+H2↑+2OH -；
（5）Co的一种氧化物的晶胞如图2所示，在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的钴原子有12个；筑波材料科学国家实验室一个科研小组发现了在 5K 下呈现超导性的晶体，该晶体具有CoO2的层状结构（如下图所示，小球表示Co原子，大球表示O原子）．下列用粗线画出的重复结构单元示意图3不能描述CoO2的化学组成的是D．

分析 （1）Co为27号元素，原子核外电子数为27，根据能量最低原理书写核外电子排布式；
（2）①酞菁钴中三种非金属原子为C、N、H，同周期自左而右电负性增大，非金属性越强电负性越大；分子中C原子均形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3；
②含有孤对电子的N原子与Co通过配位键结合，形成配位键后形成4对共用电子对，形成3对共用电子对的N原子形成普通的共价键；
（3）通过颜色的变化可以表征硅胶的吸湿程度；
（4）[Co（CN）6]4-配离子具有强还原性，在加热时能与水反应生成淡黄色[Co（CN）6]3-，只能是水中氢元素被还原为氢气，根据电荷守恒有氢氧根离子生成；
（5）由氧化物晶胞结构可知晶胞中Co、O原子数目之比为1：1，假设黑色球为Co原子，以顶点Co原子为研究对象，与之等距离且最近的钴原子位于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用；
CoO2的重复结构单元示意图中Co、O原子数目之比应为1：2，结合均摊法计算判断．

解答 解：（1）Co为27号元素，原子核外电子数为27，根据能量最低原理，其核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d74s2，
故答案为：1s22s22p63s23p63d74s2；
（2）①酞菁钴中三种非金属原子为C、N、H，同周期自左而右电负性增大，非金属性越强电负性越大，故电负性N＞C＞H；分子中C原子均形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目为3，碳原子的杂化轨道类型为 sp2，
故答案为：N＞C＞H；sp2；
②含有孤对电子的N原子与Co通过配位键结合，形成配位键后形成4对共用电子对，形成3对共用电子对的N原子形成普通的共价键，1号、3号N原子形成3对共用电子对为普通共价键，2号、4号N原子形成4对共用电子对，与Co通过配位键结合，
故答案为：2，4；
（3）随着硅胶的吸湿和再次烘干，二氯化钴在结晶水合物和无水盐间转化，通过颜色的变化可以表征硅胶的吸湿程度，
故答案为：随着硅胶的吸湿和再次烘干，二氯化钴在结晶水合物和无水盐间转化，通过颜色的变化可以表征硅胶的吸湿程度；
（4）[Co（CN）6]4-配离子具有强还原性，在加热时能与水反应生成淡黄色[Co（CN）6]3-，只能是水中氢元素被还原为氢气，根据电荷守恒有氢氧根离子生成，该反应离子方程式为：2[Co（CN）6]4-+2H2O=2[Co（CN）6]3-+H2↑+2OH -，
故答案为：2[Co（CN）6]4-+2H2O=2[Co（CN）6]3-+H2↑+2OH -；
（5）由氧化物晶胞结构可知晶胞中Co、O原子数目之比为1：1，假设黑色球为Co原子，以顶点Co原子为研究对象，与之等距离且最近的钴原子位于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的钴原子数目为$\frac{3×8}{2}$=12；
CoO2的重复结构单元示意图中Co、O原子数目之比应为1：2，由图象可知：
A中Co、O原子数目之比为1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子数目之比为（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子数目之比为4×$\frac{1}{4}$：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
D中Co、O原子数目之比为1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案为：12；D．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、配合物、晶胞计算等，侧重考查学生对知识的理解与迁移应用，注意利用均摊法进行晶胞计算，理解配位键形成条件．

练习册系列答案
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9．下列叙述错误的是（　　）
A．用金属钠可鉴别乙醇和乙醚
B．用新制的银氨溶液可鉴别甲酸乙酯和丙醛
C．用水可鉴别苯和溴苯
D．用酸性高锰酸钾溶液可鉴别己烷和3-己烯
17．氯苯是重要的有机化工产品，是染料、医药、有机合成的中间体，工业上常用“间歇法”制取．反应原理、实验装置图（加热装置都已略去）如下：

已知：氯苯为无色液体，沸点132.2℃．
回答下列问题：
（1）A反应器是利用实验室法制取氯气，中空玻璃管B的作用是平衡气压．冷凝管中冷水应从a（填“a”或“b”） 处通入．
（2）把干燥的氯气通入装有干燥苯的反应器C中（内有相当于苯量1%的铁屑作催化剂），加热维持反应温度在40～60℃为宜，温度过高会生成二氯苯．
①对C加热的方法是c（填序号）
酒精灯加热     b．油浴加热      c．水浴加热
②D出口的气体成分有HCl、苯蒸气和氯气．
（3）C反应器反应完成后，工业上要进行水洗、碱洗及食盐干燥，才能蒸馏．碱洗之前要水洗的目的是洗去部分无机物，同时减少碱的用量，节约成本．写出用10%氢氧化钠碱洗时可能发生的化学反应方程式：FeCl3+3NaOH=Fe（OH）3↓+3NaCl；HCl+NaOH=NaCl+H2O（写两个即可）．
（4）上述装置图中A、C反应器之间，需要增添一个U形管，其内置物质是五氧化二磷或氯化钙．
（5）工业生产中苯的流失情况如下：
项目二氯苯尾气不确定苯耗流失总量
苯流失量（kg/t）1324.951.389.2
则1t苯可制得成品为$\frac{（1-0.0892）×112.5}{78}$t（只要求列式）．
14．工业合成氨的原理是：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-93.0kJ•mol-1；
已知：N-N键能193kJ•mol-1，N≡N键能946kJ•mol-1
（1）按照轨道重叠方式可知，N2分子中共价键类型为σ键、π键，其中较稳定的是π键．
（2）合成氨常用铁系催化剂，写出基态铁原子价电子排布图．
（3）在较高温度下，铁对氮气的强化学吸附是合成氨速率的决定步骤．其中一种吸附方式为：，该吸附方式能加快反应速率的原因是氮氮三键变成了双键，结构发生改变．
（4）氨分子空间构型是三角锥，其氮原子采用的轨道杂化方式为sp3，氨是极性（填“极性”、“非极性”）分子，能与水分子形成氢键，易溶于水．固态氨是面心立方晶胞，有关数据如下表：
 X射线衍射 N-H键长 N-N距离 H-N-H键角
 数据 101.9pm 339.0pm 107°
（5）固态氨晶体中氨分子的配位数12．
（6）列式计算固体氨的密度．
1．某有机化合物只有一个官能团，其相对分子质量为86，在氧气中充分燃烧生成CO2与水蒸气在同温同压下的体积比为4：3，则该化合物的结构有（　　）种．
A．6B．7C．8D．9
11．天然水资源的利用包括水资源的利用和化学资源的利用．
（1）FeSO4•7H2O时常用的混凝剂，用以除去水中细小的悬浮物质和胶体，它在水中最终生成Fe（OH）3沉淀．
（2）如果水的硬度由碳酸氢钙和碳酸氢镁引起的，这种水的硬度叫暂时硬度写出这两种物质在水中与足量的氢氧化钙反应的离子方程式Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O，Mg2++2HCO3-+2Ca2++4OH-=2CaCO3↓+Mg（OH）2↓+2H2O．
（3）海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法（答三种）．
（4）海水中的NaCl是重要化工原料，氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可节能30%以上，如图是该工艺图示（电极未标出），所用的离子膜都只允许阳离子通过，下列说法正确的是D，

A．X为H2、Y为Cl2  B．A池尾电解池，且m＜n
C．B池尾燃料电池，且a＞b   D．该工艺优点是节约能量且能提高烧碱产品浓度
（5）水在生产中也是不可缺少的原料．
①写出水和含氢质量分数最高的有机物反应制取H2的化学方程式：CH4+H2O$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$3H2+CO．
②某化肥厂用①制得的H2在合成塔中与N2反应合成氨气，再用NH3制备NH4NO3，已知：由NH3制NO的产率是96%，NO制HNO3的产率是92%，则与HNO3反应所用去NH3的质量占总耗NH3质量的47%请你为硝酸厂的选址提出合理化建议原料与产品运输方便，生成动力来源充足，废物易于处理，地价较便宜等．
18．在容积为2L的密闭容器中，盛有N2，H2混合气．在一定温度下发生反应，达到平衡时，容器中含有N2：0.6mol、H2：0.8mol，NH3：0.2mol，求：
（1）N2和H2的起始浓度；
（2）N2的转化率．
15．Li-SOCl2电池是一种优质高效的电池，常放在心脏起搏器中，电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2═4LiCl+S+SO2，回答下列问题：
（1）电池正极发生的电极反应为2SOCl2+4Li++4e-=4LiCl+S+SO2．
（2）该电池必须在惰性环境中组装，原因是锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应．
（3）若含金属锂6.9g的电池质量为mg，平均电压为nV，则该电池的比能量为$\frac{2.68×1{0}^{4}n}{m}$W•h•kg-1（用含m、n的代数式、系数用科学记数法表示，结果保留三位有效数字；比能量=$\frac{电池输出电能}{电池质量}$，1W•h=3.6×103J，法拉第常数F=96500c•mol-1）
16．下列物质中，碱性最弱的是（　　）
A．NaOHB．Ca（OH）2C．Mg（OH）2D．Al（OH）3

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