Question

【题目】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_____。

（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、催化剂等方面得到广泛的应用，其结构如图所示，中心离子为钴离子。

①酞菁钴中三种非金属原子的电负性有大到小的顺序为_________ (用相应的元素符号作答)；碳原子的杂化轨道类型为__________；

②与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是_____________。

（3）Co的一种氧化物的晶胞如图所示，在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的氧原子有______个；已知在该钴的氧化物晶体中钴原子的半径为apm，氧原子的半径为bpm，它们在晶体中是紧密接触的，则在该钴的氧化物晶体中原子的空间利用率为____(用含a、b的式子表示)。

（4）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中，不能描述CoO2的化学组成的是_______。

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Answer 1

【答案】 1s22s22p63s23p63d74s2 N>C>H sp2 2，4 6 D

【解析】分析：Co为27号元素；元素的非金属性越强，其电负性越大；根据N原子成键情况判断其是否可能形成配位键；根据晶胞结构确定配位数；根据晶胞中原子的总体积和晶胞的体积求原子的空间利用率；根据均摊法求原子个数比，再与化学式比较。

详解：（1）Co基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2 ；

（2）①酞菁钴中三种非金属原子的电负性有大到小的顺序为N>C>H；由分子结构示意图可知，分子中所有碳原子的杂化轨道类型均为sp2；

②由图可知，编号为1和3的N原子恰好形成3个σ键，而编号为2和4的N原子除形成3个σ键外，还分别形成了一个π键，由于N原子的价电子数是5，当其形成3个σ键后，其价层电子就达到相对稳定的结构，故与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是2，4 。

（3）由晶胞结构示意图可知，该晶胞与氯化钠晶体的晶胞相似，在该晶体中两种原子的配位数均为6，故与一个钴原子等距离且最近的氧原子有6个。晶胞中已知在该钴的氧化物晶体中钴原子的半径为apm，氧原子的半径为bpm，它们在晶体中是紧密接触的，则该晶胞的边长为(2a+2b)pm，晶胞的体积为(2a+2b)3pm3；该晶胞中有4个Co和4个O，4个Co和4个O的总体积为，所以，该钴的氧化物晶体中原子的空间利用率为。

（4）由CoO2的层状结构示意图可知，A中正方形内O原子数为4、Co原子数为1；B中正方形内O原子数为4、Co原子数为4；C中正方形内O原子数为4、Co原子数为2 ；D中正方形内O原子数为4、Co原子数为1。综上所述，用粗线画出的重复结构单元示意图中，不能描述CoO2的化学组成的是D。