Question

3．鈷（Co）是人體必需的微量元素．含鈷化合物作為顏料，具有悠久的歷史，在機械制造、磁性材料等領域也具有廣泛的應用．請回答下列問題：
（1）Co基態原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²；
（2）酞菁鈷近年來在光電材料、非線性光學材料、光動力學療法中的光敏劑、催化劑等方面得到了廣泛的應用．其結構如圖所示，中心離子為鈷離子．
①酞菁鈷中三種非金屬原子的電負性由大到小的順序為N＞C＞H；
（用相應的元素符號作答）；碳原子的雜化軌道類型為sp²；
②與鈷離子通過配位鍵結合的氮原子的編號是2，4；
（3）CoCl₂中結晶水數目不同呈現不同的顏色．
CoCl₂可添加到硅膠（一種干燥劑，烘干后可再生反復使用）中制成變色硅膠．簡述硅膠中添加CoCl₂的作用：隨著硅膠的吸濕和再次烘干，二氯化鈷在結晶水合物和無水鹽間轉化，通過顏色的變化可以表征硅膠的吸濕程度；
（4）用KCN處理含Co²⁺的鹽溶液，有紅色的Co（CN）₂析出，將它溶于過 量的KCN溶液后，可生成紫色的[Co（CN）₆]^4-，該配離子具有強還原性，在加熱時能與水反應生成淡黃色[Co（CN）₆]^3-，寫出該反應的離子方程式：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-；
（5）Co的一種氧化物的晶胞如圖所示，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子有12個；筑波材料科學國家實驗室一個科研小組發現了在 5K 下呈現超導性的晶體，該晶體具有CoO₂的層狀結構（如下圖所示，小球表示Co原子，大球表示O原子）．下列用粗線畫出的重復結構單元示意圖不能描述CoO₂的化學組成的是D．

Answer 1

分析 （1）Co為27號元素，原子核外電子數為27，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；
（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子為C、N、H，同周期自左而右電負性增大，非金屬性越強電負性越大；分子中C原子均形成3個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為3；
②含有孤對電子的N原子與Co通過配位鍵結合，形成配位鍵后形成4對共用電子對，形成3對共用電子對的N原子形成普通的共價鍵；
（3）通過顏色的變化可以表征硅膠的吸濕程度；
（4）[Co（CN）₆]^4-配離子具有強還原性，在加熱時能與水反應生成淡黃色[Co（CN）₆]^3-，只能是水中氫元素被還原為氫氣，根據電荷守恒有氫氧根離子生成；
（5）由氧化物晶胞結構可知晶胞中Co、O原子數目之比為1：1，假設黑色球為Co原子，以頂點Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用；
CoO₂的重復結構單元示意圖中Co、O原子數目之比應為1：2，結合均攤法計算判斷．

解答 解：（1）Co為27號元素，原子核外電子數為27，根據能量最低原理，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁷4s²；
（2）①酞菁鈷中三種非金屬原子為C、N、H，同周期自左而右電負性增大，非金屬性越強電負性越大，故電負性N＞C＞H；分子中C原子均形成3個σ鍵，沒有孤對電子，雜化軌道數目為3，碳原子的雜化軌道類型為 sp²，
故答案為：N＞C＞H；sp²；
②含有孤對電子的N原子與Co通過配位鍵結合，形成配位鍵后形成4對共用電子對，形成3對共用電子對的N原子形成普通的共價鍵，1號、3號N原子形成3對共用電子對為普通共價鍵，2號、4號N原子形成4對共用電子對，與Co通過配位鍵結合，
故答案為：2，4；
（3）隨著硅膠的吸濕和再次烘干，二氯化鈷在結晶水合物和無水鹽間轉化，通過顏色的變化可以表征硅膠的吸濕程度，
故答案為：隨著硅膠的吸濕和再次烘干，二氯化鈷在結晶水合物和無水鹽間轉化，通過顏色的變化可以表征硅膠的吸濕程度；
（4）[Co（CN）₆]^4-配離子具有強還原性，在加熱時能與水反應生成淡黃色[Co（CN）₆]^3-，只能是水中氫元素被還原為氫氣，根據電荷守恒有氫氧根離子生成，該反應離子方程式為：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-，
故答案為：2[Co（CN）₆]^4-+2H₂O=2[Co（CN）₆]^3-+H₂↑+2OH ^-；
（5）由氧化物晶胞結構可知晶胞中Co、O原子數目之比為1：1，假設黑色球為Co原子，以頂點Co原子為研究對象，與之等距離且最近的鈷原子位于面心，每個頂點為8個晶胞共用，每個面心為2個晶胞共用，在該晶體中與一個鈷原子等距離且最近的鈷原子數目為$\frac{3×8}{2}$=12；
CoO₂的重復結構單元示意圖中Co、O原子數目之比應為1：2，由圖象可知：
A中Co、O原子數目之比為1：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
B中Co、O原子數目之比為（1+4×$\frac{1}{4}$）：4=1：2，符合，
C中Co、O原子數目之比為4×$\frac{1}{4}$：4×$\frac{1}{2}$=1：2，符合，
D中Co、O原子數目之比為1：4×$\frac{1}{4}$=1：1，不符合，
故答案為：12；D．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、配合物、晶胞計算等，側重考查學生對知識的理解與遷移應用，注意利用均攤法進行晶胞計算，理解配位鍵形成條件．