Question

【化学——选修3：物质结构与性质】钴（Co）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、光动力学疗法中的光敏剂、催化剂等方面得到了广泛的应用。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由大到小的顺序为              ；（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）CoCl₂中结晶水数目不同呈现不同的颜色。

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：                                                ；

（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：                            ；

（5）Co的一种氧化物的晶胞如右图所示，在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的钴原子有_________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不能描述CoO₂的化学组成是        。

Answer

（1）1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar] 3d74s2（2）①N＞C＞H sp2 ②2、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。（4）2[Co(CN)6] 4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH– （5）12 D

【解析】

试题分析：（1）Co的原子序数是27，则基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar] 3d74s2；

（2）①酞菁钴中三种非金属原子分别是H、C、N。非金属性越强，电负性越大，则电负性由大到小的顺序为N＞C＞H；根据结构式可知碳原子既可以形成单键，又能形成双键，则碳原子的杂化轨道类型为sp2；

②钴与氮之间形成配位键，这说明该氮原子必须含有孤对电子，因此与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是2和4；

（3）根据反应方程式可知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，因此CoCl2可添加到硅胶中制成变色硅胶。

（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-，因此反应中的还原产物是氢气，所以该反应的离子方程式为2[Co(CN)6]4-+2H2O2[Co(CN)6]3-+H2↑+2OH–；

（5）根据Co的一种氧化物的晶胞图可知，在该晶体中与一个钴原子等距离且最近的钴原子位于面心处，1个顶点被8个立方体共用，所以共有个；A、CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×1/2＝2，所以Co原子与O原子数之比为1：2，A正确；B、CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1+4×1/4＝2，含有O原子数为4，所以Co原子与O原子数之比为1：2，B正确；C、CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为4×1/4＝1，含有O原子数为4×1/2＝2，所以Co原子与O原子数之比为1：2，C正确；D、CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×1/4＝1，所以Co原子与O原子数之比为1：1，D错误，答案选D。

考点：考查核外电子排布、电负性、配位键、杂化轨道、晶胞结构判断与计算等