Question

【題目】鈷元素是三元鋰離子電池陽(yáng)極材料的重要成分。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)鈷元素在周期表中的位置是______________。

(2)已知第四電離能大小：I4(Fe)＞ I4 (Co)，從原子結(jié)構(gòu)的角度分析可能的原因是__________。

(3)Cu2Cl22CO2H2O是一種配合物，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

①該配合物中氯原子的雜化方式為______。

②該配合物中，CO作配體時(shí)配位原子是C而不是O的原因是______。

(4)某種鈾氮化物的晶體結(jié)構(gòu)是NaCl型。NaCl的Bom-Haber循環(huán)如圖所示。已知：元素的一個(gè)氣態(tài)原子獲得電子成為氣態(tài)陰離子時(shí)所放出的能量稱(chēng)為電子親和能。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是__(填標(biāo)號(hào))。

a、Cl-Cl鍵的鍵能為119.6kJ/mol b、Na的第一電離能為603.4kJ/mol

c、NaCl的晶格能為785.6kJ/mol d、Cl的第一電子親和能為348.3kJ/mol

(5)碲化鋅晶體有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種晶胞結(jié)構(gòu)如圖：

若與Zn距離最近的Te原子間距為a pm，則晶體密度為__________g/cm3。

Answer 1

【答案】第四周期Ⅷ Co失去的是3d6上的一個(gè)電子，而Fe失去的是半充滿(mǎn)狀態(tài)3d5上的一個(gè)電子，故Fe需要的能量較高 sp3 電負(fù)性C＜O，C對(duì)孤電子對(duì)的吸引力較弱，更容易給出孤電子對(duì) cd

【解析】

根據(jù)原子的電子層數(shù)及其價(jià)電子數(shù)確定元素在周期表中的位置。根據(jù)原子及其離子的價(jià)電子排布分析其電離能的相對(duì)大小。根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論分析原子的雜化類(lèi)型。根據(jù)電負(fù)性的大小分析配合物中的配位原子。分析表中數(shù)據(jù)并結(jié)合相關(guān)概念判斷有關(guān)變化中能量變化。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)分析晶體的化學(xué)式并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

(1)鈷是27號(hào)元素，其有4個(gè)電子層，其價(jià)電子排布式為3d74s2，因此，其在周期表中的位置是第四周期Ⅷ族。

(2)Fe的價(jià)電子排布式為3d64s2，其失去3個(gè)電子后變?yōu)檩^穩(wěn)定的半充滿(mǎn)結(jié)構(gòu)3d5，而Co的價(jià)電子排布式為3d74s2，其失去3個(gè)電子后變?yōu)?/span>3d6。因此，從原子結(jié)構(gòu)的角度分析I4(Fe)＞ I4 (Co)的可能原因是：Co失去的是3d6上的一個(gè)電子，而Fe失去的是半充滿(mǎn)狀態(tài)3d5上的一個(gè)電子，故Fe需要的能量較高。

(3)由Cu2Cl22CO2H2O的結(jié)構(gòu)可知：

①該配合物中氯原子均形成2個(gè)σ鍵，另外每個(gè)氯原子還有2個(gè)孤電子對(duì)，故其價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4，其雜化方式為sp3。

②CO分子中的C原子和O原子均有孤電子對(duì)，但是O元素的電負(fù)性大于C元素，故O原子對(duì)孤電子對(duì)的吸引力更強(qiáng)，因此，該配合物中，CO作配體時(shí)配位原子是C而不是O的原因是：電負(fù)性C＜O，C對(duì)孤電子對(duì)的吸引力較弱，更容易給出孤電子對(duì)（用于形成配位鍵）。

(4)a、由圖中信息可知，Cl2(g)=Cl(g)的H=119.6kJ/mol，因此， Cl-Cl鍵的鍵能為239.2kJ/mol ，a不正確；

b、由圖中信息可知，Na(g)=Na+(g)+e-的H=495.0kJ/mol，因此， Na的第一電離能為603.4kJ/mol，b不正確；

c、由圖中信息可知，Cl-(g)+ Na+(g)= NaCl(s)的H= -785kJ/mol，因此，NaCl的晶格能為785.6kJ/mol，c正確；

d、由圖中信息可知，Cl(g) +e-=Cl-(g) 的H= -348.3kJ/mol，因此，Cl的第一電子親和能為348.3kJ/mol，d正確。

綜上所述，有關(guān)說(shuō)法正確的是cd。

(5)由碲化鋅晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，其晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，Te原子堆積方式為面心立方最密堆積，Zn距離最近的Te原子間距為體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的，高晶胞參數(shù)（即該晶胞的邊長(zhǎng)）為x，則晶胞的體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度為，x=4a pm，故x= pm，晶胞的體積為x3=。該晶胞中占有4個(gè)Te原子和4個(gè)Zn原子，則晶胞的質(zhì)量為。因此，該晶體密度為 g/cm3。