Question

【題目】鐵及其化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用。

(1)鐵原子核外有__________種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，Fe3+基態(tài)核外電子排布式為_______________。

(2)實(shí)驗(yàn)室常用K3[Fe(CN)6]檢驗(yàn)Fe2+，[Fe(CN)6]3－中三種元素電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>________(用元素符號(hào)表示)，CN－中σ鍵與π鍵的數(shù)目比n(σ)∶n(π)=__________；HCN中C原子軌道的雜化類型為__________。HCN的沸點(diǎn)為25.7℃，既遠(yuǎn)大于N2的沸點(diǎn)(-195.8℃)也大于HCl的沸點(diǎn)(-85℃)的原因是__________。

(3)FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價(jià)性，蒸汽狀態(tài)下以雙聚分子(Fe2Cl6)存在，該雙聚分子的結(jié)構(gòu)式為________，其中Fe的配位數(shù)為_____________。

(4)鐵氮化合物(Fe4N)在磁記錄材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，其晶胞如上圖所示。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，例如圖中b位置Fe原子的坐標(biāo)為(0，，)、(，0，)和(，，0)，則a位置Fe原子和N原子的坐標(biāo)分別為__________、__________。N與Fe原子之間最短距離a pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則該鐵氮化合物的密度是__________g·cm-3(列出計(jì)算表達(dá)式)。

Answer 1

【答案】26 [Ar]3d5或1s22s22p63s23p63d5 N>C>Fe 1：2 sp雜化 HCN為極性分子且分子間存在氫鍵，而N2為非極性分子，HCl分子間無氫鍵 4 (0，0，0) (，，) ×1030

【解析】

(1)原子核外有多少電子，就存在多少不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；根據(jù)Fe原子失去最外層2個(gè)電子再失去次外層1個(gè)電子就得到Fe3+，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其核外電子排布式；

(2)非金屬元素的電負(fù)性大于金屬元素，元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越大；共價(jià)三鍵中含有1個(gè)σ鍵與2個(gè)π鍵；根據(jù)HCN中C原子形成的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目判斷C原子雜化軌道類型；根據(jù)分子的極性及分子間氫鍵的存在與否和分子間作用力大小判斷物質(zhì)熔沸點(diǎn)的高低；

(3)根據(jù)Fe原子具有空軌道而Cl原子具有孤電子對(duì)，可形成配位鍵分析；

(4)根據(jù)原子的相對(duì)位置及已知點(diǎn)的坐標(biāo)，可確定坐標(biāo)原點(diǎn)，從而可確定a位置Fe原子和N原子的坐標(biāo)，利用均攤法計(jì)算一個(gè)晶胞中含有的各種元素的原子個(gè)數(shù)利用ρ=計(jì)算其密度。

(1)Fe是26號(hào)元素，由于在一個(gè)原子中不存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，所以Fe原子核外有26種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。根據(jù)構(gòu)造原理，可得基態(tài)Fe原子核外電子排布式1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去最外層2個(gè)4s電子后再失去次外層3d上的1個(gè)電子就得到Fe3+，則基態(tài)Fe3+核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5或簡寫為[Ar]3d5；

(2)在[Fe(CN)6]3－中存在Fe、C、N三種元素，由于元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性越大，非金屬元素的電負(fù)性大于金屬元素，故這三種元素的電負(fù)性由大到小的順序是N>C>Fe；CN-中C、N原子形成三個(gè)共價(jià)鍵，其中含有1個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，故CN-中σ鍵與π鍵的數(shù)目比n(σ)∶n(π)=1：2；在HCN中C原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為2，且C原子上沒有孤對(duì)電子，所以C原子雜化類型為sp雜化；HCN為極性分子，分子間作用力大于非極性分子的分子間作用力，且HCN分子間還存在氫鍵，也使分子之間的作用力增強(qiáng)，而N2為非極性分子，分子間作用力比極性分子的分子間作用力較��；HCl是極性分子，但分子間只有分子間作用力而無氫鍵，其分子間作用力比N2的大，故HCN、N2、HCl三種物質(zhì)的熔沸點(diǎn)由高到低的順序?yàn)椋?/span>HCN>HCl>N2；

(3)FeCl3中的化學(xué)鍵具有明顯的共價(jià)性，說明Fe、Cl原子間化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，而其蒸汽狀態(tài)下以雙聚分子(Fe2Cl6)存在，這是由于Fe原子具有空軌道而Cl原子具有孤電子對(duì)，Fe與Cl原子之間又形成了配位鍵，Fe2Cl6的結(jié)構(gòu)式為：，由于配位鍵也屬于共價(jià)鍵，可知Fe原子的配位數(shù)是4；

(4)根據(jù)b位置Fe原子的坐標(biāo)可知是以立方體的8個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則處于a物質(zhì)的Fe原子恰好處于晶胞的頂點(diǎn)上，故其坐標(biāo)為(0，0，0)；N原子處于晶胞的幾何中心，所以其位置用坐標(biāo)表示為(，，)；在該晶胞中含有Fe原子的數(shù)目為8×+6×=4，含有N原子數(shù)目為1，則在一個(gè)晶胞中含有4個(gè)Fe原子和1個(gè)N原子，由于N與Fe原子之間最短距離a pm，N與面心上的Fe原子距離最近，可知晶胞邊長為2a pm，所以該晶胞的密度ρ=g/cm3=×1030 g/cm3。