Question

【題目】鐵及其化合物在生產、生活中有廣泛應用。

(1)鐵原子核外有__________種運動狀態不同的電子，Fe3+基態核外電子排布式為_______________。

(2)實驗室常用K3[Fe(CN)6]檢驗Fe2+，[Fe(CN)6]3－中三種元素電負性由大到小的順序為________(用元素符號表示)，CN－中σ鍵與π鍵的數目比n(σ)∶n(π)=__________；HCN中C原子軌道的雜化類型為__________。HCN的沸點為25.7℃，既遠大于N2的沸點(-195.8℃)也大于HCl的沸點(-85℃)的原因是__________。

(3)FeCl3中的化學鍵具有明顯的共價性，蒸汽狀態下以雙聚分子(Fe2Cl6)存在，該雙聚分子的結構式為________，其中Fe的配位數為_____________。

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

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，就存在多少不同運動狀態的電子；根據Fe原子失去最外層2個電子再失去次外層1個電子就得到Fe3+，根據構造原理書寫其核外電子排布式；

(2)非金屬元素的電負性大于金屬元素，元素的非金屬性越強，其電負性就越大；共價三鍵中含有1個σ鍵與2個π鍵；根據HCN中C原子形成的價層電子對數目判斷C原子雜化軌道類型；根據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熔沸點的高低；

(3)根據Fe原子具有空軌道而Cl原子具有孤電子對，可形成配位鍵分析；

(4)根據原子的相對位置及已知點的坐標，可確定坐標原點，從而可確定a位置Fe原子和N原子的坐標，利用均攤法計算一個晶胞中含有的各種元素的原子個數利用ρ=計算其密度。

(1)Fe是26號元素，由于在一個原子中不存在運動狀態完全相同的電子，所以Fe原子核外有26種運動狀態不同的電子。根據構造原理，可得基態Fe原子核外電子排布式1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去最外層2個4s電子后再失去次外層3d上的1個電子就得到Fe3+，則基態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，其電負性越大，非金屬元素的電負性大于金屬元素，故這三種元素的電負性由大到小的順序是N>C>Fe；CN-中C、N原子形成三個共價鍵，其中含有1個σ鍵和2個π鍵，故CN-中σ鍵與π鍵的數目比n(σ)∶n(π)=1：2；在HCN中C原子的價層電子對數為2，且C原子上沒有孤對電子，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，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小；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三種物質的熔沸點由高到低的順序為：HCN>HCl>N2；

(3)FeCl3中的化學鍵具有明顯的共價性，說明Fe、Cl原子間化學鍵為共價鍵，而其蒸汽狀態下以雙聚分子(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，Fe與Cl原子之間又形成了配位鍵，Fe2Cl6的結構式為：，由于配位鍵也屬于共價鍵，可知Fe原子的配位數是4；

(4)根據b位置Fe原子的坐標可知是以立方體的8個頂點為坐標原點，則處于a物質的Fe原子恰好處于晶胞的頂點上，故其坐標為(0，0，0)；N原子處于晶胞的幾何中心，所以其位置用坐標表示為(，，)；在該晶胞中含有Fe原子的數目為8×+6×=4，含有N原子數目為1，則在一個晶胞中含有4個Fe原子和1個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。