Question

MnO₂是堿錳電池材料中最普通的正極材料之一，在MnO₂中加入CoTiO₃納米粉體，可以提高其利用率，優(yōu)化堿錳電池的性能．
（1）寫出基態(tài)Mn原子的價電子排布式：

 

．

元素		Mn	Fe
電離能/kJ?mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

比較錳和鐵兩元素的電離能I₂、I₃可知，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個電子難．對此，你的解釋是

 

．
（2）在CoTiO晶胞中（結構如圖所示），1個Ti原子，1個Co原子周圍距離最近的O原子數(shù)目分別為

 

個、

 

個．
（3）單質鋁、石墨和二氧化鈦按比例混合，高溫下反應得到的化合物均由兩種元素組成，且都是新型陶瓷材料（在火箭和導彈上有重要應用），其反應的化學方程式是

 

．
（4）疊氮酸（HN₃）是一種弱酸，可部分電離出H⁺和N₃^-．已知N₃^-與CO₂互為等電子體，則N^-₃的空間構型為

 

，其中心原子的雜化軌道類型是

 

．疊氮化物能與Co³⁺形成配合物，則[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中配體是

 

，鈷的配位數(shù)是

 

．

Answer 1

考點：晶胞的計算,元素電離能、電負性的含義及應用,判斷簡單分子或離子的構型

專題：原子組成與結構專題,化學鍵與晶體結構

分析：（1）Mn原子核外有25個電子，根據(jù)構造原理書寫其價電子排布式；Mn²⁺再失去一個電子由半滿穩(wěn)定狀態(tài)轉為不穩(wěn)定狀態(tài)，氣態(tài)Fe²⁺再失去一個電子由不穩(wěn)定狀態(tài)轉為半滿穩(wěn)定狀態(tài)；
（2）根據(jù)晶胞結構判斷，與Ti原子距離最近的O原子處于晶胞的面心上，以頂點Co原子研究，與Co原子距離最近的O原子也處于面心上，但1個Co原子為12個面共用；
（3）單質鋁、石墨和二氧化鈦按比例混合，高溫下反應得到的化合物均由兩種元素組成，且都是新型陶瓷材料，生成氧化鋁與TiC；
（4）等電子體結構相似，根據(jù)二氧化碳確定N₃^-的空間結構及N原子雜化方式，配合物中中心原子具有空軌道，配體具有孤電子對．

解答： 解：（1）Mn原子核外有25個電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，其價電子排布式為3d⁵4s²；Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能級由穩(wěn)定的3d⁵半滿穩(wěn)定狀態(tài)轉為不穩(wěn)定狀態(tài)，而氣態(tài)Fe²⁺轉化為Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉為穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對較少，
故答案為：3d⁵4s²；Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能級由穩(wěn)定的3d⁵半滿穩(wěn)定狀態(tài)轉為不穩(wěn)定狀態(tài)，而氣態(tài)Fe²⁺轉化為Fe³⁺時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉為穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對較少；
（2）根據(jù)晶胞結構可知，與Ti原子距離最近的O原子處于晶胞的面心上，有6個；以頂點Co原子研究，與Co原子距離最近的O原子也處于面心上，但1個Co原子為12個面共用，故1個Co原子周圍與最近的O原子有12個，故答案為：6；12；
（3）單質鋁、石墨和二氧化鈦按比例混合，高溫下反應得到的化合物均由兩種元素組成，且都是新型陶瓷材料，生成氧化鋁與TiC，反應方程式為：4Al+3TiO₂+3C

高溫  .

2Al₂O₃+3TiC，
故答案為：4Al+3TiO₂+3C

高溫  .

2Al₂O₃+3TiC；
（4）N₃^-與CO₂互為等電子體，結構相似，N₃^-的空間結構為直線型，中心N原子為sp雜化方式，Co³⁺形成配合物[Co（N₃）（NH₃）₅]SO₄中Co³⁺有空軌道，為配離子，N₃^-、NH₃有孤電子對，為配體，Co³⁺的配位數(shù)為6，故答案為：直線型；sp；N₃^-、NH₃；6．

點評：本題考查核外電子排布、晶胞結構、雜化理論與分子構型、配位鍵等，注意識記中學常見的晶胞結構，（1）中利用洪特特例解釋為易錯點，難點．