Question

MnO₂是碱锰电池材料中最普通的正极材料之一，在MnO₂中加入CoTiO₃纳米粉体，可以提高其利用率，优化碱锰电池的性能．
（1）写出基态Mn原子的价电子排布式：

 

．

元素		Mn	Fe
电离能/kJ?mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

比较锰和铁两元素的电离能I₂、I₃可知，气态Mn²⁺再失去一个电子比气态Fe²⁺再失去一个电子难．对此，你的解释是

 

．
（2）在CoTiO晶胞中（结构如图所示），1个Ti原子，1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为

 

个、

 

个．
（3）单质铝、石墨和二氧化钛按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料（在火箭和导弹上有重要应用），其反应的化学方程式是

 

．
（4）叠氮酸（HN₃）是一种弱酸，可部分电离出H⁺和N₃^-．已知N₃^-与CO₂互为等电子体，则N^-₃的空间构型为

 

，其中心原子的杂化轨道类型是

 

．叠氮化物能与Co³⁺形成配合物，则[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中配体是

 

，钴的配位数是

 

．

Answer 1

考点：晶胞的计算,元素电离能、电负性的含义及应用,判断简单分子或离子的构型

专题：原子组成与结构专题,化学键与晶体结构

分析：（1）Mn原子核外有25个电子，根据构造原理书写其价电子排布式；Mn²⁺再失去一个电子由半满稳定状态转为不稳定状态，气态Fe²⁺再失去一个电子由不稳定状态转为半满稳定状态；
（2）根据晶胞结构判断，与Ti原子距离最近的O原子处于晶胞的面心上，以顶点Co原子研究，与Co原子距离最近的O原子也处于面心上，但1个Co原子为12个面共用；
（3）单质铝、石墨和二氧化钛按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料，生成氧化铝与TiC；
（4）等电子体结构相似，根据二氧化碳确定N₃^-的空间结构及N原子杂化方式，配合物中中心原子具有空轨道，配体具有孤电子对．

解答： 解：（1）Mn原子核外有25个电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，其价电子排布式为3d⁵4s²；Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由稳定的3d⁵半满稳定状态转为不稳定状态，而气态Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转为稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对较少，
故答案为：3d⁵4s²；Mn²⁺转化为Mn³⁺时，3d能级由稳定的3d⁵半满稳定状态转为不稳定状态，而气态Fe²⁺转化为Fe³⁺时，3d能级由不稳定的3d⁶状态转为稳定的3d⁵半充满状态，需要的能量相对较少；
（2）根据晶胞结构可知，与Ti原子距离最近的O原子处于晶胞的面心上，有6个；以顶点Co原子研究，与Co原子距离最近的O原子也处于面心上，但1个Co原子为12个面共用，故1个Co原子周围与最近的O原子有12个，故答案为：6；12；
（3）单质铝、石墨和二氧化钛按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料，生成氧化铝与TiC，反应方程式为：4Al+3TiO₂+3C

高温  .

2Al₂O₃+3TiC，
故答案为：4Al+3TiO₂+3C

高温  .

2Al₂O₃+3TiC；
（4）N₃^-与CO₂互为等电子体，结构相似，N₃^-的空间结构为直线型，中心N原子为sp杂化方式，Co³⁺形成配合物[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中Co³⁺有空轨道，为配离子，N₃^-、NH₃有孤电子对，为配体，Co³⁺的配位数为6，故答案为：直线型；sp；N₃^-、NH₃；6．

点评：本题考查核外电子排布、晶胞结构、杂化理论与分子构型、配位键等，注意识记中学常见的晶胞结构，（1）中利用洪特特例解释为易错点，难点．