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高中 | 杂化轨道理论题目答案及解析如下,仅供参考!
选修三
第二章 分子结构与性质
第二节 分子的立体结构
杂化轨道理论
$\text{N}{{\text{d}}_{2}}\text{F}{{\text{e}}_{14}}\text{B}$、$\text{KCo}{{\text{F}}_{3}}$是新型磁性材料的成分,设${{N}_{\text{A}}}$为阿伏加德罗常数的值,依据其中有关元素回答问题:
钕$\rm (Nd)$属于镧系元素,则其在元素周期表中处于 区,$\text{F}{{\text{e}}^{3+}}$的价电子排布图为 。
$\\rm f$;
钕$\rm (Nd)$属于镧系元素属于$\rm f$区元素。$\rm Fe$为$\rm 26$号元素电子排布为$\rm [Ar]3d^{6}4s^{2}$,$\text{F}{{\text{e}}^{3+}}$的价电子排布式为$\rm 3d^{5}$,价电子排布图为。
$\text{B}{{\text{F}}_{3}}$的立体构型为 ;$\rm F$原子核外有 种不同空间运动状态的电子。
平面三角形;$\\rm 9$
"]]$\rm BF_{3}$的价层电子对数$\rm =3+\dfrac{\text{3-1}\times \text{3}}{\text{2}}\rm =3$,采取$\rm sp^{2}$杂化,且没有孤电子对,立体构型为平面三角形。$\rm F$原子含有$\rm 9$个电子,每个电子的运动状态都不同。
$\text{KB}{{\text{H}}_{\text{4}}}$是一种还原剂,$\rm B$原子的杂化方式为 。该物质中是否存在配位键 $\rm ($填“是”或“否”$\rm )$。
$\\rm sp^{3}$;是
"]]$\text{KB}{{\text{H}}_{\text{4}}}$中心$\rm B$原子价层电子对数为$\text{4+}\dfrac{\text{3+1-4}\times \text{1}}{\text{2}}\rm =4$,$\rm B$原子的杂化方式为$\rm sp^{3}$,$\text{BH}_{\text{4}}^{-}$中$\rm B$形成$\rm 4$个共价键,其中存在配位键。
$\text{KCo}{{\text{F}}_{3}}$的钙钛矿型晶胞结构如图所示,其中$\rm Co$填充在$\rm F$形成的正八面体中心。
①$\rm K$、$\rm Co$、$\rm F$的第一电离能由大到小的顺序为 。
②该晶体密度为$\rho \text{ g}/\text{c}{{\text{m}}^{3}}$,则$\rm K$和$\rm Co$之间的最短距离为 $\rm pm$。
$\\rm F\\gt Co\\gt K$;$\\dfrac{\\sqrt{{3}}}{{2}}\\times \\sqrt[{3}]{\\dfrac{{155}}{{{ {N}}_{\\rm {A}}}{ }\\rho}}\\times {1}{{{0}}^{{10}}}$
"]]元素的金属性越强,第一电离能越小,即$\rm F\gt Co\gt K$。其中$\rm Co$填充在$\rm F$形成的正八面体中心,即$\rm Co$位于晶胞的体心,而$\rm F$位于面心,$\rm K$位于晶胞的顶点。所以$\rm Co$和$\rm K$最短距离为体对角线的一半$ = \dfrac{\sqrt{{3}}}{{2}}{a}\;\rm pm$。晶胞中,位于顶点$\rm K$个数为${8}\times \dfrac{{1}}{{8}}\rm =1$,则${\rm \rho\; g\cdot cm^{-3}}= \dfrac{\left( {39+59+19}\times {3} \right)}{{{{N}}_{\rm {A}}}{{{a}}^{{3}}}}\;\rm g\cdot cm^{-3}$得$a=\sqrt[{3}]{\dfrac{\left( {39+59+19}\times {3} \right)}{{{{N}}_{\rm {A}}}\rho{ }}}=\sqrt[{3}]{\dfrac{{155}}{{{{N}}_{\rm {A}}}{ }\rho{ }}}\;\rm cm$。则$\rm Co$和$\rm K$最短距离为体对角线的一半$ ={\dfrac{\sqrt{{3}}}{{2}}\times {a}\;\rm cm}=\dfrac{\sqrt{{3}}}{{2}}\times \sqrt[{3}]{\dfrac{{155}}{{{{N}}_{\rm {A}}}{ }\rho}}\times {1}{{{0}}^{{10}}}\;\rm pm$。
$\left[ \text{Co}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{3}} \right)}_{6}} \right]\text{C}{{\text{l}}_{3}}$的制备:称取研细的$\text{CoC}{{\text{l}}_{2}}\cdot 6{{\text{H}}_{2}}\text{O}10.0\text{g}$和$\text{N}{{\text{H}}_{4}}\text{Cl}5.0\text{g}$于烧杯中溶解;将溶液转入三颈烧瓶,分液漏斗中分别装有$\rm 25\;\rm mL$浓氨水、$\rm 5\;\rm mL\;\rm 30\%$的${{\text{H}}_{2}}{{\text{O}}_{2}}$溶液,控制反应温度为$\rm 60\;\rm ^\circ\rm C$,打开分液漏斗,反应一段时间后,得$\left[ \text{Co}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{3}} \right)}_{6}} \right]\text{C}{{\text{l}}_{3}}$溶液。写出该反应的离子方程式 。若上述实验过程中得到$1\;\rm \text{mol }\left[ \text{Co}{{\left( \text{N}{{\text{H}}_{3}} \right)}_{6}} \right]\text{C}{{\text{l}}_{3}}$,则其中所含的$ \sigma$键数目为 。
$\\rm 2Co^{2+}+2{NH}_{{4}}^{+}\\rm +H_{2}O_{2}+10NH_{3}\\cdot H_{2}O=2[Co(NH_{3})_{6}]^{3+}+12H_{2}O$;$24N\\rm _{A}$
"]]$\rm Co^{2+}$被$\rm H_{2}O_{2}$氧化为$\rm Co^{3+}$,而氨水提供$\rm NH_{3}$进行配位,反应的离子方程式为$\rm 2Co^{2+}+2{NH}_{{4}}^{+}\rm +H_{2}O_{2}+10NH_{3}\cdot H_{2}O=2[Co(NH_{3})_{6}]^{3+}+12H_{2}O$,$\rm \left[ {Co}{{\left( {N}{{{H}}_{3}} \right)}_{6}} \right]{C}{{{l}}_{3}}$中配位键和$\rm N-H$键属于$\rm { }\sigma$键,则$\rm 1\;\rm mol\;\left[ {Co}{{\left( {N}{{{H}}_{3}} \right)}_{6}} \right]{C}{{{l}}_{3}}$中含有$(\rm 6+3\times 6)\;\rm mol=24\;\rm mol{ }\;\sigma$键,数目为$ 24N\rm_{A}$。
已知某温度下${{\text{H}}_{2}}\text{C}{{\text{O}}_{3}}$的电离平衡常数:${{K}_{\text{a1}}}=1\times {{10}^{-3}}$、${{K}_{\text{a}2}}=1\times {{10}^{-7}}$,${{K}_{\text{sp}}}\left[ \text{Co}{{\left( \text{OH} \right)}_{2}} \right]=1\times {{10}^{-15}}$、${{K}_{\text{sp}}}\left( \text{CoC}{{\text{O}}_{3}} \right)=1\times {{10}^{-13}}$。写出该温度时向$0.1\;\rm \text{mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$碳酸钠溶液中逐滴加入$0.1\;\rm \text{mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}\text{ CoS}{{\text{O}}_{4}}$溶液,生成沉淀的离子方程式: 。
$\\rm Co^{2+}+\\text{CO}_{\\text{3}}^{\\text{2-}} =CoCO_{3}↓$
"]]$\rm Na_{2}CO_{3}$水解时,${c}\left( \rm {HCO}_{{3}}^{-} \right)\approx {c}\left(\rm {O}{{{H}}^{-}} \right)$,${c}\left(\rm {CO}_{{3}}^{{2-}} \right)\approx {0}{.1\;\rm mol/L}$,则$ K_{\rm h}=\dfrac{{c}\left(\rm {HCO}_{{3}}^{-} \right){c}\left(\rm {O}{{{H}}^{-}} \right)}{{c}\left(\rm {CO}_{{3}}^{{2-}} \right)}=\dfrac{{{{c}}^{{2}}}\left( \rm {O}{{{H}}^{-}} \right)}{{c}\left(\rm {CO}_{{3}}^{{2-}} \right)}=\dfrac{{{{K}}_{\rm {w}}}}{{{{K}}_{\rm {a2}}}}$代入数据计算得$ c\rm (OH^{-})=\sqrt{\dfrac{{{10}^{-14}}}{{{10}^{-7}}}\times 0.1}\;{mol/L=1}{{{0}}^{{-4}}}\;{mol/L}$,溶液中$\rm Co(OH)_{2}$刚好沉淀时$c{\rm (Co^{2+})}c^{2}{\rm (OH^{-})}=K\rm _{sp}[Co(OH)_{2}]=1\times 10^{-15}$得到$c\rm (Co^{2+})=10^{-7}\;\rm mol/L$。而$\rm CoCO_{3}$开始沉淀时$c{\rm (Co^{2+})}c{\rm ({CO}_{{3}}^{{2-}}\rm )}=K_\rm {sp}(CoCO_{3})=1\times 10^{-13}$计算得$c\rm (Co^{2+})=10^{-12}\;\rm mol/L$。从计算得到先沉淀$\rm CoCO_{3}$,所以离子方程式为$\rm Co^{2+}+{CO}_{{3}}^{{2-}} =CoCO_{3}↓$。
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