Question

【題目】我國科學家借助自主研制的新型鎢鈷合金催化劑攻克了單壁碳納米管結構的可控制備難題。

（1）基態鈷原子的核外未成對電子數為__________。單壁碳納米管可看作石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體，其結構如圖所示，其中碳原子的雜化方式為_______。

（2）納米結構氧化鈷可在室溫下將甲醛（HCHO）完全催化氧化，已知甲醛各原子均滿足穩定結構，甲醛分子屬______分子（選填“極性”“非極性”），其分子的空間構型為_____。新制備的Cu(OH)2可將乙醛(CH3CHO)氧化為乙酸，而自身還原成Cu2O，乙酸的沸點明顯高于乙醛，其主要原因是______。Cu2O為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中有______個銅原子。金屬Cu為________堆積，配位數為_______。

（3）橙紅色晶體羰基鈷的熔點為52℃，分子式為Co2(CO)8，是一種重要的配合物，可溶于多數有機溶劑。該晶體屬于______晶體，三種元素電負性由大到小的順序為（填元素符號）_____。配體CO的任意一種等電子體的電子式：_____。配體CO中與Co形成配位鍵的原子是C而不是O的原因是________。

Answer 1

【答案】3 sp2和sp3 極性 平面三角形 乙酸分子間形成氫鍵，作用力大，熔沸點高 16 面心立方最密堆積 12 分子 O>C>Co C原子半徑大于O，電負性小，對孤電子對的吸引較弱，更容易形成配位鍵

【解析】

(1)Co元素是27號元素，核外電子排布式為：[Ar]3d74s2；碳原子形成3個C-C鍵，沒有孤電子對，雜化軌道為3，還有飽和C原子，形成3個C-H鍵和一個C-C鍵；

(2)甲醛分子中C原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，價層電子對數=3+0=3，據此判斷空間構型，正負電荷重心重合屬于非極性分子，否則屬于極性分子；乙酸分子間會形成氫鍵，增加了分子之間的吸引力；先用均攤方法計算晶胞中含有的O原子數，然后根據化學式確定其中含有的Cu原子數目；金屬Cu為面心立方最密堆積，配位數是12；

(3)熔點低，溶于有機溶劑，符合分子晶體的性質；同周期主族元素自左而右電負性增大，一般非金屬性越強電負性越大；CO與氮氣分子互為等電子體，C、O均有孤對電子，電負性越大越不易給出電子。

(1)Co元素是27號元素，核外電子排布式為：[Ar]3d74s2，3d上有3個成對電子；根據單壁碳納米管結構可知：碳原子形成3個C-C鍵，沒有孤電子對，雜化軌道為3，碳原子雜化方式為：sp2；除此之外還有飽和C原子，其雜化方式為sp3雜化；

(2)甲醛分子中C原子形成3個σ鍵，沒有孤電子對，價層電子對數=3+0=3，空間構型為平面三角形，正負電荷重心不重合，屬于極性分子；新制備的Cu(OH)2可將乙醛(CH3CHO)氧化為乙酸，而自身還原成Cu2O，乙酸的沸點明顯高于乙醛，主要原因是乙酸分子間形成氫鍵，使分子之間的作用力增大，導致克服分子間作用力使物質熔化、氣化消耗的能量多，因此物質的熔沸點高。Cu2O為半導體材料，在其立方晶胞內部有4個氧原子，其余氧原子位于面心和頂點，則該晶胞中含義的O原子數為8×+6×+4=8，由于Cu2O中Cu：O=2：1，所以該晶胞中含有的Cu原子數目為2×8=16；金屬Cu為面心立方最密堆積堆積，配位數為=12。

(3)羰基鈷熔點低，溶于有機溶劑，屬于分子晶體；同一周期的主族元素自左而右電負性增大，一般非金屬性越強電負性越大，所以元素的電負性：O＞C＞Co；CO與N2分子互為等電子體，N2的電子式為；CO中C、O原子均有孤對電子，C原子半徑比O大，電負性小，對孤對電子吸引較弱，更容易形成配位鍵。