Question

【題目】鐵、鈷、鎳具有相似的性質，在化學上稱為鐵系元素。回答下列問題：

（1）LiCoO2、 LiFePO4常用作鋰離子電池的正極材料。基態Co原子核外電子排布式為_________，第四電離能I4(Co) _________I4(Fe)(填“>”或“<”)，PO43－的空間構型為_________。

（2）鐵系元素能與CO形成Fe(CO)5、Ni(CO)4等金屬羰基配合物。

與CO互為等電子體的分子和離子分別為_________和_________(各舉一種，填化學式)；在CO分子中，鍵與π鍵數目之比為_________。

（3）鐵與K2O、(環戊二烯)在隔絕空氣條件下共熱可制得二茂鐵[Fe(C5H5)2]。在環戊二烯中，C原子的雜化軌道類型為_________。二茂鐵熔點為446K，不溶于水，易溶于乙醚、苯、乙醇等有機溶劑，373K即升華；從各種性質看，都表明它是典型的_________化合物。

（4）鐵單質的堆積方式有兩種，其剖面圖分別如圖a、b所示。

在圖a所示堆積方式里鐵原子的半徑為rpm，則其晶胞棱長為_________cm。

在圖b所示堆積方式里鐵原子的總體積占晶體體積的比例為_________(用含圓周率π的代數式表示)

Answer 1

【答案】[Ar]3d74s2 < 正四面體 N2 CN- 1：2 sp2和sp3 共價 π

【解析】

（1）Co為27號元素，原子核外電子排布式為[Ar]3d74s2；

Co3+核外電子排布為不穩定結構3d4、較易失去電子，Fe3+核外電子排布為半滿穩定結構3d5,較難失電子，由此比較第4電離能；

PO43-中P原子孤電子對數為0、σ鍵數目為4，由此確定空間構型；

(2)價電子數和原子數相等的粒子互為等電子體；CO與N2的構相似，σ鍵、π鍵數分別為1、2；

（3）在環戊二烯中有4個C原子為sp2雜化,1個C原子為sp3雜化；

二茂鐵的熔點,溶解性情況包括能升華等性質與分子晶體相似；

（4）設a晶胞棱長為x,4rpm= x，求出x；設b晶胞棱長為y，Fe原子半徑為R,4R= y，再結合球體積公式計算。

解:（1）Co為27號元素,其價電子排布為3d74s2,基態Co原子核外電子排布式為[Ar]3d74s2；

Co3+核外電子排布為不穩定結構3d4、較易失去電子，Fe3+核外電子排布為半滿穩定結構3d5,較難失電子,故l4(C0)<l4(Fe)；

PO43-中P原子孤電子對數為0、δ鍵數目為4，故其空間構型為正四面體；

（2）與CO價電子數和原子數相等的分子有N2,離子有CN-,C22-等；CO與N2的構相似,σ鍵、π鍵數分別為1、2，σ鍵與π鍵數目之比為1：2；

（3）在環戊二烯中有4個C原子為sp2雜化,1個C原子為sp3雜化，二茂鐵的熔點、溶解性情況包括能升華等性質，都表明它是典型的共價化合物；

(4)設a晶胞棱長為x,4rpm= x即x= rpm=r×10-10cm，

設b晶胞棱長為y，Fe原子半徑為R,4R= y，即R= y，晶胞含有的原子數為(8×1/8+6×1/2)=4,原子總體積為 = πy3,鐵原子的總體積占晶體體積的比例為 π。