Question

鐵及鐵的化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用．請(qǐng)回答下列問題：
（1）基態(tài)Fe²⁺的最外層電子排布式為

 

．
（2）工業(yè)上常利用Fe²⁺與CN^-形成穩(wěn)定Fe（CN）₆^4-（六氰合亞鐵離子）的特點(diǎn)來處理含CN^-的工業(yè)廢水．在CN^-中C原子的雜化方式為

 

，并寫出CN^-的電子式

 

．
（3）三氯化鐵易溶于水，也易溶于乙醚等有機(jī)溶劑．其在300℃以上易升華，在400℃時(shí)它的蒸氣中有以配位鍵結(jié)合的雙聚分子存在，其結(jié)構(gòu)如圖1所示．請(qǐng)判斷三氯化鐵的晶體類型為

 

，并將其結(jié)構(gòu)式中配位鍵標(biāo)出，繪制在答題卡中．
（4）應(yīng)用于合成氨反應(yīng)的催化劑（鐵）的表面上存在氮原子，如圖為氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖（圖中小黑色球代表氮原子，灰色球代表鐵原子）．則圖示鐵顆粒表面上氮原子與鐵原子的個(gè)數(shù)比為

 

．
（5）當(dāng)溫度低于912℃時(shí)，鐵以體心立方的α-Fe晶型存在；當(dāng)溫度介于912℃～1394℃之間時(shí)，鐵以面心立方的γ-Fe晶型存在．已知α-Fe的密度為7.86g/cm³，則γ-Fe的密度為

 

g/cm³，鐵的原子半徑為

 

cm．（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示）．

Answer 1

考點(diǎn)：晶胞的計(jì)算,原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學(xué)鍵與晶體結(jié)構(gòu)

分析：（1）Fe是26號(hào)元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知，F(xiàn)e²⁺的基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外層電子排布式為3s²3p⁶3d⁶，據(jù)此答題；
（2）因?yàn)镃N^-與N₂互為等電子體，據(jù)此可推知其電子式為：，并可判斷碳原子的雜化方式；
（3）根據(jù)三氯化鐵的性質(zhì)可以判斷其晶體類型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)式及氯原子滿足八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可畫出配位鍵的位置；
（4）根據(jù)氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個(gè)鐵原子周圍有2個(gè)氮原子，而每個(gè)氮原子周圍有4個(gè)鐵原子，據(jù)此答題；
（5）根據(jù)兩種晶胞的空間利用率可以算出兩種晶體的密度關(guān)系，根據(jù)密度=

質(zhì)量

體積

，計(jì)算晶胞體積及連長(zhǎng)，根據(jù)晶胞的邊長(zhǎng)和鐵原子半徑的關(guān)系計(jì)算鐵原子半徑．

解答： 解：（1）Fe是26號(hào)元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知，F(xiàn)e²⁺的基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外層電子排布式為3s²3p⁶3d⁶，
故答案為3s²3p⁶3d⁶；
（2）因?yàn)镃N^-與N₂互為等電子體，據(jù)此可推知其電子式為：，并可判斷碳原子的雜化方式為sp雜化；
（3）因?yàn)槿�氯化鐵在300℃以上易升華，由此可以判斷其晶體類型為分子晶體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)式及氯原子滿足八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可畫出配位鍵的位置如圖所示：，故答案為：分子晶體；  ；
（4）根據(jù)氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個(gè)鐵原子周圍有2個(gè)氮原子，而每個(gè)氮原子周圍有4個(gè)鐵原子，所以對(duì)于某個(gè)氮原子來講，屬于這個(gè)氮原子的鐵原子數(shù)為4×

1

2

=2，所以氮原子與鐵原子的個(gè)數(shù)比為1：2，故答案為1：2；
（5）因?yàn)轶w心立方結(jié)構(gòu)的空間利用率為74%，而面心立方結(jié)構(gòu)的空間利用率為68%，所以γ-Fe與α-Fe的密度之比為：74%：68%，所以γ-Fe的密度為：

74%

68%

×7.86=8.55，在α-Fe的晶胞中因?yàn)槭求w心立方結(jié)構(gòu)，所以含有鐵原子數(shù)為1+8×

1

8

=2，根據(jù)密度=

質(zhì)量

體積

，設(shè)晶胞連長(zhǎng)為a，則有

2×56 NA

a3

=7.86，所以a=

3	2×56 7.86NA

，在體心立方結(jié)構(gòu)中，立方體的體對(duì)角線的長(zhǎng)度應(yīng)等于鐵原子半徑的4倍，而體對(duì)角線的長(zhǎng)度=

3

a，所以鐵原子的半徑為：

3

4

×

3	2×56 7.86NA

故答案為：8.55；

3

4

×

3	2×56 7.86NA

．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查核外電子排布、等電子體、配位鍵、晶胞密度的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，有一定的綜合性，中等難度，解題時(shí)要熟記金屬晶體的晶胞結(jié)構(gòu)．