Question

铁、钴、镍具有相似的性质，在化学上称为铁系元素。回答下列问题：

(1)LiCoO₂、 LiFePO₄常用作锂离子电池的正极材料。

基态Co原子核外电子排布式为___________________，第四电离能I₄(Co) _________I₄(Fe)(填“>”或“<”)，PO₄^3－的空间构型为___________________。

(2)铁系元素能与CO形成Fe(CO)₅、Ni(CO)₄等金属羰基配合物。在CO分子中，σ键与π键数目之比为_________。

(3)铁与K₂O、(环戊二烯)在隔绝空气条件下共热可制得二茂铁[Fe(C₅H₅)₂]。在环戊二烯中，配体配位数为 ________。二茂铁熔点为446K，不溶于水，易溶于乙醚、苯、乙醇等有机溶剂，373K即升华；从各种性质看，都表明它是典型的_________晶体。

(4)与铁同周期的另一种元素钴(Co)可形成分子式均为Co(NH₃)₅BrSO₄的两种配合物，其中一种，往其溶液中加BaCl₂溶液时，有白色沉淀；加入AgNO₃溶液时，没有沉淀生成；加入氢氧化钠溶液时，无气体生成。则此种配合物的化学式为  _________________________。

(5)铁单质的堆积方式有两种，其剖面图分别如图a、b所示。

在图a所示堆积方式里铁原子的堆积方式为___________________________。

在图b所示堆积方式里铁原子的总体积占晶体体积的比例为（空间利用率）_________。

Answer

[Ar]3d74s2 ＜ 正四面体 1：2 3 分子 [Co(NH3)5Br]SO4 体心立方堆积

【解析】

（1）Co为27号元素，根据构造原理写出原子核外电子排布式；

Co3＋核外电子排布为不稳定结构3d6、较易失去电子，Fe3＋核外电子排布为半满稳定结构3d5，较难失电子，由此比较第4电离能；

PO43－中P原子孤电子对数为0、σ键数目为4，由此确定空间构型；

（2）价电子数和原子数相等的粒子互为等电子体；CO与N2的结构相似，σ键、π键数分别为1、2；

（3）在环戊二烯中有4个C原子为sp2杂化，1个C原子为sp3杂化，C5H5 - 五个C拿出5个电子再加上负离子一个电子，所以一共有六个电子，配位数为3；二茂铁的熔点不高、溶解性情况包括能升华等性质与分子晶体相似；即二茂铁由分子构成，是共价化合物，属于分子晶体；

（4）根据配合物的性质确定其内界和外界；

（5）图a晶胞为体心立方堆积，设晶胞棱长为x，则4rpm= x，求出x；

图b晶胞为面心立方最密堆积，设b晶胞棱长为y，Fe原子半径为R，4R=y，再结合球体积公式计算。

（1）Co为27号元素，原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2；

Co3＋核外电子排布为不稳定结构3d6、较易失去电子，第四电离能较小；而Fe3＋核外电子排布为半满稳定结构3d5，较难失电子，所以第4电离能较大；

PO43－中P原子孤电子对数为0、σ键数目为4，所以PO43－的空间构型为正四面体；

故答案为：[Ar]3d74s2，＜，正四面体；

（2）CO的价电子数为（4+6）=10，原子数为2，N2的价电子数为10=5×2，所以CO的等电子体为N2 等；CO与N2的结构相似，根据N2的结构式N≡N可知，CO分子中含有一个σ键、两个π键数，所以在CO分子中，σ键与π键数目之比为1：2；

故答案为：1：2；

（3）在环戊二烯中有4个C原子为sp2杂化，1个C原子为sp3杂化，C5H5 - 五个C拿出5个电子再加上负离子一个电子，所以一共有六个电子，配位数为3；根据二茂铁的熔点不高、溶解性情况、能升华等性质与分子晶体相似，即二茂铁由分子构成，是共价化合物，属于分子晶体；

故答案为：3；分子；

（4）与铁同周期的另一种元素钴(Co)可形成分子式均为Co(NH3)5BrSO4的两种配合物，其中一种，往其溶液中加BaCl2溶液时，有白色沉淀，说明硫酸根离子在处界；加入AgNO3溶液时，没有沉淀生成，说明Br在内界；加入氢氧化钠溶液时，无气体生成，说明氨在内界。则此种配合物的化学式为[Co(NH3)5Br]SO4，故答案为：[Co(NH3)5Br]SO4；

（5）图a晶胞为体心立方堆积，设图a晶胞棱长为x，4rpm=x，x= r×10-10cm；

设图b晶胞棱长为y，Fe原子半径为R，晶胞中Fe数目为8×+6×=4，4R=y，R=，球体积V=πR3=π×()3，原子的总体积占晶体体积的比例= ×100%= ；

故答案为：体心立方堆积；。