Question

【題目】鉆藍(含Co、Al、O三種元素)是一種帶綠光的藍色顏料。固相法是制備鈷藍顏料方法之一，即將鈷、鋁的氧化物(或是兩者的氫氧化物)按一定比例負載于石墨烯上，然后在馬弗爐中高溫灼燒、冷卻、研磨。回答下列問題：

(1)基態鈷原子核外電子排布式為[Ar]__。

(2)下列O原子電子排布圖表示的狀態中，能量最低的是__(填字母)。

A. B.

C. D.

(3)已知Co的活潑性與Fe相近，Co、Al、O的電負性從大到小的順序為__。

(4)石墨烯的結構如圖甲所示。

①每個石墨烯分子中，C(如圖中1位置處)可形成σ鍵的個數為__，其雜化類型為___。

②C原子在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，原因是__。

(5)鈷藍晶胞結構如圖乙所示，其立方晶胞由4個I型和4個II型小立方體構成。

①鈷藍的化學式為__。

②已知NA為阿伏加德羅常數的值，鈷藍晶體的密度為__g·cm-3(列計算式即可)。

Answer 1

【答案】3d74s2 A O＞Co＞Al 1.5 sp2 C有四個價電子且半徑小，難以通過得失電子達到穩定結構 CoAl2O4

【解析】

(1)根據構造原理寫出基態鈷原子的核外電子排布式；

(2)原子核外電子排布中，電子所占的軌道能級越低，低能級軌道上電子數目越多，該原子能量越低；

(3)一般非金屬元素的電負性大于金屬元素的電負性，金屬性越強，電負性越小；

(4)①利用均攤法計算，根據雜化軌道理論分析C原子的雜化方式；

②根據C原子的價電子排布以及原子結構分析；

(5)①先以I型和II型合起來的長方體為重復單元，計算該重復單元中Co、Al、O原子個數，再計算晶胞內Co、Al、O個數，進而化簡為最簡整數比，得到化學式；

②先計算該晶胞體積、和晶胞質量，進而計算鈷藍晶體的密度。

(1)鈷原子為27號元素，根據構造原理，可寫出基態鈷原子的核外電子排布式為[Ar]3d74s2，故答案為：3d74s2；

(2)原子核外電子排布中，如果電子所占的軌道能級越低，該原子能量越低，低能級軌道上電子數目越多，該原子能量越低，能級的能量高低順序是1s＜2s＜2p，其中核外電子按照構造原理排布時，原子處于基態，能量最低，A項排布是按照構造原理進行的，因此能量最低，故答案為：A；

(3)已知Co的活潑性與Fe相近，則Co的金屬性弱于Al，相反，Co的電負性比Al的電負性大，一般非金屬元素的電負性大于金屬元素的電負性，則三者的電負性從大到小的順序為O＞Co＞Al，故答案為：O＞Co＞Al；

(4)①根據石墨烯的結構圖，利用均攤法可知，每個石墨烯分子中，C原子可形成σ鍵的個數為，石墨烯是一種由單層碳原子構成的平面結構，碳原子的雜化類型為sp2，故答案為：1.5；sp2；

②由于C有四個價電子且半徑小，難以通過得失電子達到穩定結構，則C原子在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，故答案為：C有四個價電子且半徑小，難以通過得失電子達到穩定結構；

(5)①以I型和II型合起來的長方體為重復單元，該重復單元中Co原子個數=個，同時含有4個Al和8個O，晶胞內有4個I型和II型合起來的長方體，因而晶胞內總計有8個Co、16個Al和32個O，則Co、Al、O個數比為8:16:32=1:2:4，化學式為CoAl2O4，故答案為：CoAl2O4；

②該晶胞體積=(2a×107cm)3，晶胞相當于有8個“CoAl2O4”，故晶胞質量=，故鈷藍晶體的密度g/cm3，故答案為：。