Question

【題目】鐵被譽為“第一金屬”，鐵及其化合物在生活中有廣泛應用

(1)基態Fe3+的電子排布式為________。

(2)實驗室用KSCN溶液、苯酚()檢驗Fe3+。N、O、S的第一電離能由大到小的順序為_______(用元素符號表示)，苯酚中碳原子的雜化軌道類型為______。

(3)FeCl3的熔點為306℃，沸點為315℃ FeCl3的晶體類型是______。FeSO4常作補鐵劑，SO42-的立體構型是_______。

(4)基鐵[Fe(CO)5]可用作催化劑、汽油抗爆劑等，1 mol Fe(CO)5分子中含σ鍵數目為_______，與CO互為等電子體的離子是__________(填化學式，寫一種)

(5)氮化鐵晶體的晶體結構示意圖如圖1所示。該晶體中鐵、氮的微粒個數之比為______。

(6)氧化亞鐵晶體的晶胞如圖2所示。已知：氧化亞鐵晶體的密度為ρg·cm-1，NA代表阿伏加德羅常數的值。在該晶胞中，與Fe2+緊鄰且等距離的Fe2+數目為_____；Fe2+與O2-的最短間距為_______ pm。

Answer 1

【答案】1s22s22p63s23p63d5或[Ar] 3d5 N＞O＞S sp2 分子晶體 正四面體形 10NA CN- 或C22- 3∶1 12

【解析】

(1)鐵原子序數為26，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能級上2個電子、3d能級上1個電子生成Fe3+；

(2)根據同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大呈增大趨勢，同一主族元素的第一電離能隨著原子序數的增大而減小，結合半充滿和全充滿較為穩定分析判斷；苯酚為苯上的一個H原子被-OH取代而成，苯和苯酚均為平面結構，據此分析判斷碳原子的雜化方式；

(3)分子晶體熔沸點較低且熔融不導電，據此判斷晶體類型；根據SO42-中心原子含有的共價鍵個數與孤電子對個數之和確定其空間構型和雜化方式；

(4)Fe與CO形成5個配位鍵，屬于σ鍵，CO分子中形成1個σ鍵；原子數目相等、價電子總數相等的微粒互為等電子體；

(5)根據均攤法分析計算計算鐵、氮的微粒個數之比；

(6)依據圖2可知，上、中、下三層各有4個氧離子與中心的氧離子緊鄰且等距離，而氧化亞鐵中氧離子、亞鐵離子個數比為1∶1，所以有12個二價鐵離子與二價鐵離子相鄰且等距離；根據均攤法計算晶胞中二價鐵離子、氧離子數目，依據氧化亞鐵晶體的密度計算Fe2+與O2-最短核間距。

(1)鐵原子失去4s能級上2個電子、3d能級上1個電子生成Fe3+，其核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，簡化的電子排布式為[Ar]3d5；故答案為：1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；

(2)同一周期元素的第一電離能隨著原子序數的增大呈增大趨勢，同一主族元素的第一電離能隨著原子序數的增大而減小即第一電離能O＞S，氮元素2p能級處于半滿穩定狀態，能量低，氮元素的第一電離能高于同周期相鄰元素第一電離能，所以第一電離能N＞O＞S；苯酚為苯上的一個H原子被-OH取代而成，苯和苯酚均為平面結構，C原子采取sp2雜化，故答案為：N＞O＞S；sp2；

(3)FeCl3的熔點為306℃，沸點為315℃，據此可知氯化鐵熔沸點較低，則氯化鐵屬于分子晶體；SO42-離子中S原子的價層電子對數=4+=4，即含有4個σ鍵、沒有孤電子對，所以其VSEPR模型和立體構型均是正四面體，故答案為：分子晶體；正四面體形；

(4)Fe與CO形成5個配位鍵，屬于σ鍵，CO分子中形成1個σ鍵，故Fe(CO)5分子含有10個σ鍵，則1molFe(CO)5分子中含10molσ鍵；原子數目相等、價電子總數相等的微粒互為等電子體，與CO互為等電子體的離子有CN-、C22-等，故答案為：10 NA；CN-或C22-；

(5)氮化鐵晶體為六棱柱：頂點貢獻率為，面點貢獻率為，依據晶胞結構可知，12個鐵原子位于頂點，2個鐵原子位于面心，3個鐵原子位于體內，2個氮原子位于體內，1個晶胞含有鐵微粒數為：12×+2×+3=6、含氮原子數為2，所以該晶體中鐵、氮的微粒個數之比為6∶2=3∶1，故答案為：3∶1；

(6)依據圖2可知，上、中、下三層各有4個氧離子與中心的氧離子緊鄰且等距離，而氧化亞鐵中氧離子、亞鐵離子個數比為1∶1，所以有12個二價鐵離子與二價鐵離子相鄰且等距離；1個氧化亞鐵晶胞含有亞鐵離子數目為：8×+6×=4，含有氧離子數目為：12×+1=4，所以1個氧化亞鐵晶胞含有4個“FeO”微粒，晶胞質量m=g，設Fe2+與O2-最短核間距為xpm，則晶胞邊長為2xpm，晶胞體積V=(2x×10-10)3cm3，氧化亞鐵晶體的密度ρ==，解得x=×1010，故答案為：12；×1010。