Question

【題目】以北京大學馬丁教授為代表的多個團隊，研發(fā)出了高效的鐵基(如FeC、Fe2C、Fe5C2、Fe3C)費托合成催化劑，以H2和CO為原料可高產率合成烯烴、烷烴，如3CO(g)+ 6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)、nCO+(2n+1)H2CnH2n+2+nH2O，為煤的氣化、液化使用開拓了新途徑。

(1)Fe3+中能量最高的能級上的電子云有_____種伸展方向，位于不同方向中運動的電子的能量大小關系是_________。當Fe原子電子排布由[Ar]3d64s2→[Ar]3d64s14p1時，體系的能量_______(填“增大”或“減小”)。

(2)Fe、C、O三種元素的第一電離能由大到小的順序為_____________；CH3CH=CH2分子中碳原子的雜化軌道類型為____，題干所述反應中CO分子中斷裂的化學鍵類型為______(填字母)。

A. 2個σ鍵、1個π鍵 B. 1個σ鍵、2個π鍵 C. 非極性鍵

(3)新戊烷[(CH3)4C]分子中5個碳原子形成的空間構型是____________，該分子是________(填“極性”或“非極性”)分子。隨著烴分子中碳原子數目的增加，同系物的沸點升高.其原因是__________。

(4)碳鐵之間可形成多種化合物，其中一種化合物的晶體結構(面心立方結構)如圖所示：

則編號為①的原子的坐標為_______________；該化合物的化學式為_______________，設該晶體的晶胞多數為a pm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶體的密度為_______________ g·cm-3(列出計算式即可)。

Answer 1

【答案】5 相等 增大 O>C>Fe sp2、sp3 B 正四面體 非極性 隨著碳原子數目增加，分子間作用力增大 (0，0，) FeC

【解析】

(1)先根據構造原理書寫Fe原子及Fe3+的核外電子排布，然后結合電子所處軌道與電子云形狀分析判斷，同一軌道上電子能量相同，不同軌道上電子的能量不同，原子吸收能量，電子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)；

(2)元素的非金屬性越強，其電離能就越大；飽和碳原子采用sp3雜化，含有碳碳雙鍵的碳原子采用sp2雜化，CO分子中兩個原子共用三對電子；

(3)飽和碳原子形成的是四面體結構，若形成的共價鍵鍵長相同，就是正四面體；分子結構對稱的就是非極性分子，否則為極性分子；分子之間通過分子間作用力結合，分子間作用力越大，物質的熔沸點就越高；

(4)根據①在坐標系中相對坐標原點的位置，判斷其坐標值；根據碳鐵化合物的晶體結構，用均攤方法計算其化學式，根據ρ=計算密度。

(1)26號Fe原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去2個4s電子和1個3d電子得到Fe3+核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d5，可見Fe3+中能量最高的能級是3d，電子云有5種不同的伸展方向，3d能級上電子的能量相等。當Fe原子電子排布由[Ar]3d64s2→[Ar]3d64s14p1時，原子由基態(tài)變成激發(fā)態(tài)時需要吸收能量，故體系能量增大；

(2)金屬元素的第一電離能比非金屬元素的小。氧元素的第一電離能大于碳元素的第一電離能。故三種元素的第一電離能由大到小的順序為O>C>Fe；丙稀分子中有一個甲基碳原子是飽和碳原子，形成了4個σ鍵，屬于sp3雜化；另外兩個碳原子形成了碳碳雙鍵，每個碳原子形成了3個σ鍵、1個π鍵，為sp2雜化。CO與N2互為等電子體，由此可知CO分子中有2個π鍵、1個σ鍵，不同元素的原子間形成的共價健是極性共價鍵，故合理選項是B；

(3)新戊烷分子中與4個甲基連接的C原子與4個甲基上的C原子形成了一個正四面體結構，由于結構對稱，因此它是非極性分子。烴分子同系物的組成、結構相似，均為分子晶體，分子間作用力隨著分子中碳原子數目的增加而增大，因此隨著烴分子中碳原子數目的增加，同系物的沸點升高；

(4)觀察晶胞圖知：①處碳原子的x=y=0，z=+，故①坐標為(0，0，)；由均攤方法可知，在一個晶胞中含有C：12×+1=4；含有Fe原子：8×+6×=4，故其化學式為FeC。晶胞的質量為4×(56+12) g，晶胞體積為(a×10-10 cm)3，故晶體密度ρ==g/cm3。