Question

钻蓝(含Co、Al、O三种元素)是一种带绿光的蓝色颜料。固相法是制备钴蓝颜料方法之一，即将钴、铝的氧化物(或是两者的氢氧化物)按一定比例负载于石墨烯上，然后在马弗炉中高温灼烧、冷却、研磨。回答下列问题：

(1)基态钴原子核外电子排布式为[Ar]__。

(2)下列O原子电子排布图表示的状态中，能量最低的是__(填字母)。

A.      B.

C.      D.

(3)已知Co的活泼性与Fe相近，Co、Al、O的电负性从大到小的顺序为__。

(4)石墨烯的结构如图甲所示。

①每个石墨烯分子中，C(如图中1位置处)可形成σ键的个数为__，其杂化类型为___。

②C原子在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是__。

(5)钴蓝晶胞结构如图乙所示，其立方晶胞由4个I型和4个II型小立方体构成。

①钴蓝的化学式为__。

②已知N_A为阿伏加德罗常数的值，钴蓝晶体的密度为__g·cm^-3(列计算式即可)。

Answer

3d74s2 A O＞Co＞Al 1.5 sp2 C有四个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定结构 CoAl2O4

【解析】

(1)根据构造原理写出基态钴原子的核外电子排布式；

(2)原子核外电子排布中，电子所占的轨道能级越低，低能级轨道上电子数目越多，该原子能量越低；

(3)一般非金属元素的电负性大于金属元素的电负性，金属性越强，电负性越小；

(4)①利用均摊法计算，根据杂化轨道理论分析C原子的杂化方式；

②根据C原子的价电子排布以及原子结构分析；

(5)①先以I型和II型合起来的长方体为重复单元，计算该重复单元中Co、Al、O原子个数，再计算晶胞内Co、Al、O个数，进而化简为最简整数比，得到化学式；

②先计算该晶胞体积、和晶胞质量，进而计算钴蓝晶体的密度。

(1)钴原子为27号元素，根据构造原理，可写出基态钴原子的核外电子排布式为[Ar]3d74s2，故答案为：3d74s2；

(2)原子核外电子排布中，如果电子所占的轨道能级越低，该原子能量越低，低能级轨道上电子数目越多，该原子能量越低，能级的能量高低顺序是1s＜2s＜2p，其中核外电子按照构造原理排布时，原子处于基态，能量最低，A项排布是按照构造原理进行的，因此能量最低，故答案为：A；

(3)已知Co的活泼性与Fe相近，则Co的金属性弱于Al，相反，Co的电负性比Al的电负性大，一般非金属元素的电负性大于金属元素的电负性，则三者的电负性从大到小的顺序为O＞Co＞Al，故答案为：O＞Co＞Al；

(4)①根据石墨烯的结构图，利用均摊法可知，每个石墨烯分子中，C原子可形成σ键的个数为，石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构，碳原子的杂化类型为sp2，故答案为：1.5；sp2；

②由于C有四个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定结构，则C原子在形成化合物时，其键型以共价键为主，故答案为：C有四个价电子且半径小，难以通过得失电子达到稳定结构；

(5)①以I型和II型合起来的长方体为重复单元，该重复单元中Co原子个数=个，同时含有4个Al和8个O，晶胞内有4个I型和II型合起来的长方体，因而晶胞内总计有8个Co、16个Al和32个O，则Co、Al、O个数比为8:16:32=1:2:4，化学式为CoAl2O4，故答案为：CoAl2O4；

②该晶胞体积=(2a×10−7cm)3，晶胞相当于有8个“CoAl2O4”，故晶胞质量=，故钴蓝晶体的密度g/cm3，故答案为：。