Question

铁、钴、镍都属于第VIII族元素，它们的单质、合金及其化合物在催化剂和能源领域用途非常广泛。

（1）结合电子排布式分析Fe³⁺比Co³⁺氧化性弱的原因：_______________________________。

（2）BNCP可用于激光起爆器等，BNCP可由N₂H₄、HClO₄、CTCN、NaNT共反应制备。

①CTCN的化学式为[Co(NH₃)₄CO₃]NO₃，与Co³⁺形成配位键的原子是____________。(已知的结构式为)

②NaNT可以(双聚氰胺)为原料制备。双聚氰胺中碳原子杂化轨道类型为________，1mol中含有σ键的物质的量为___________。

③[Ni(N₂H₄)₂](N₃)₂是一种富氮含能材料。配体N₂H₄能与水混溶，除因为它们都是极性分子外，还因为_________________。

（3）一种新型的功能材料的晶胞结构如图1所示，它的化学式可表示为________。晶胞中离1个Mn原子最近的Ni原子有________个。

（4）铁触媒是合成氨反应的催化剂，其表面存在氮原子。氮原子在铁表面上的单层附着，局部示意图如图2所示。则铁表面上氮原子与铁原子的数目比为________。

（5）镍镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图3所示。若该晶体储氢时，H₂分子在晶胞的体心和棱的中心位置，距离最近的两个H₂分子之间的距离为anm。则镍镁晶体未储氢时的密度为________g/cm³(列出计算表达式,N_A表示阿伏加德罗常数的数值).

Answer

Fe3+的基态电子排布式为3d5，Co3+的基态价电子排布式为3d6，Fe3具有半充满结构，而Co3+不具备这种结构，因此Fe3氧化性比Co3+弱 N和O sp和sp2 9mol N2H4与H2O之间可以形成氢键 Ni2MnGa 8 1:2

【解析】

(1)根据Fe3+的基态价电子排布式为3d5，Co3+的基态价电子排布式为3d6，Fe3+具有半充满结构，而Co3+不具备这种结构进行分析氧化性强弱；

(2)结根据结构可确定1mol中含有σ键的物质的量；

(3)根据晶胞的结构进行分析；

(4)利用均摊法进行计算；

(1)基态Fe的电子排布式为[Ar]3d64s2(或1s22s22p63s23p63d64s2)，则基态Fe2+的核外电子排布式为[Ar]3d6(或1s22s22p63s23p63d6)。利用价电子排布式判断价电子层是否达稳定状态，可得出Fe3+比Co3+氧化性弱的原因是：Fe3+的基态价电子排布式为3d5，Co3+的基态价电子排布式为3d6，Fe3+具有半充满结构，而Co3+不具备半充满结构，因此Fe3+氧化性比Co3+弱。

(2)①CTCN的化学式为[Co(NH3)4CO3]NO3，配体为NH3和CO32-，则与Co3+形成配位键的原子为N和O。答案为：N和O；

②从双聚氰胺的结构中，能得出碳原子的价层电子对数为2和3，则杂化轨道类型为sp和sp2；两个原子间只能形成1个σ键，由结构可确定1mol中含有σ键的物质的量为9mol。答案为：sp和sp2；9mol；

③配体N2H4能与水混溶，除因为它们都是极性分子外，还因为N2H4与H2O之间可以形成氢键。答案为：N2H4与H2O之间可以形成氢键；

(3)晶胞中，Ni原子位于每个小立方体的体心，则晶胞中所含Ni原子个数为8；Mn原子位于顶点和面心，则晶胞中所含Mn原子个数为8÷8+6÷2=4；Ga原子位于体心和棱上，则晶胞中所含Ga原子个数为1+12÷4=4，三种原子的个数比为2:1:1，则这种材料的化学式为Ni2MnGa。晶胞中，Mn原子在面心，而Ni原子在小立方体的体心，则晶胞中离1个Mn原子最近的Ni原子有8个。答案为：Ni2MnGa；8；

(4)该晶面上每个N原子周围有4个Fe原子、每个Fe原子周围有2个N原子，利用均摊法知，铁表面上氮原子与铁原子的数目比为，:=1:2，故答案：1:2；

(5)每个面的两条相交的棱的中点连线即为“距离最近的两个H2分子之间的距离anm，设立方体的边长为x，则a2=()2+()2，从而求出x=anm。根据均摊法可以确定镍镁合金的化学式为NiMg2，每个晶胞中含有4个Ni、8个Mg，则可求出镍镁晶体未储氢时的密度g/cm3，答案为：。