Question

13．鐵與人類密切相關(guān)，幾乎無處不在，地殼中大約5%是鐵，是含量僅次于鋁的金屬．它的單質(zhì)及化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有許多用途．根據(jù)所學(xué)知識回答下列問題：

（1）基態(tài)鐵原子的電子占據(jù)最高的能層的符號為N，與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素有5種．
（2）下列關(guān)于鐵的說法，正確的是AB（填選項字母）
A．基態(tài)鐵原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p¹⁰3d²4s²肯定違反了泡利原理
B．鐵屬于黑色金屬，在周期表中屬于d區(qū)元素
C．鐵絲可用于焰色反應(yīng)實驗時蘸取待測物，是由于鐵在光譜圖中無特征的譜線
D．Fe能與CO形成配合物Fe（CO）₅，1mol Fe（CO）₅中含有的σ鍵數(shù)是5N_A
（3）某鐵的化合物結(jié)構(gòu)簡式如下圖1所示
①組成上述化合物各元素原子電負(fù)性由大到小的順序為O＞N＞C＞H＞Fe．
②上述化合物中氮原子的雜化方式為sp²、sp³．
③在圖中用“→”標(biāo)出亞鐵離子的配位鍵．
（4）類鹵素離子SCN^-可用于Fe³⁺的檢驗，其對應(yīng)的酸有兩種，分別為硫氰酸（H-S-C≡N ）和異硫氰酸（H-N=C=S），這兩種酸中沸點較高的是異硫氰酸．
（5）鐵單質(zhì)的晶體在不同溫度下有兩種原子堆積方式，晶胞分別如圖2中A、B所示，若鐵原子的半徑是rcm，則這兩種晶體密度之比是$\frac{3\sqrt{6}}{8}$．

Answer 1

分析 （1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素的3d軌道電子數(shù)為1、2、3、5、10；
（2）A．3p能級有3個軌道，最多容納6個電子；
B．黑色金屬包括鐵、鉻、錳，d區(qū)元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素；
C．鐵的焰色反應(yīng)焰色反應(yīng)發(fā)出的光不影響其它金屬火焰顏色；
D．Fe（CO）₅分子含有5個配位鍵，而CO分子中含有1個σ鍵；
（3）①非金屬性越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大；
②根據(jù)N原子雜化軌道數(shù)目確定雜化發(fā)生，而雜化軌道數(shù)=σ鍵+孤對電子數(shù)，
③C=N雙鍵的N原子有1對孤對電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個單位負(fù)電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵；
（4）異硫氰酸中 H-N 鍵極性強(qiáng)，分子間存在氫鍵，而硫氰酸分子間只存在分子間作用力；
（5）根據(jù)均攤法計算晶胞中Fe原子數(shù)目，可以計算晶胞質(zhì)量之比，圖A體心立方密堆積，晶胞棱長長度為$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，圖B為面心立方密堆積，晶胞棱長長度為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，結(jié)合ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，電子占據(jù)最高的能層的符號為N，與鐵同周期的所有副族元素的基態(tài)原子中，最外層電子數(shù)與鐵相同的元素的3d軌道電子數(shù)為1、2、3、5、10，還有5種，
故答案為：N；5；
（2）A．3p能級有3個軌道，最多容納6個電子，選項中排列違反了泡利原理，故A正確；
B．黑色金屬包括鐵、鉻、錳，d區(qū)元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素，故B正確；
C．鐵的焰色反應(yīng)焰色反應(yīng)發(fā)出的光不影響其它金屬火焰顏色，故C錯誤
D．Fe（CO）₅分子含有5個配位鍵，而CO分子中含有1個σ鍵，1molFe（CO）₅中含有的σ鍵數(shù)是6N_A，故D錯誤，
故選：AB；
（3）①非金屬性越強(qiáng)，元素的電負(fù)性越大，則電負(fù)性O(shè)＞N＞C＞H＞Fe，故答案為：O＞N＞C＞H＞Fe；
②化合物中形成C=N雙鍵的N原子形成2個σ鍵，含有1對孤電子對，而形成單鍵的N原子，形成2個σ鍵，含有2對孤電子對，雜化軌道數(shù)目分別為3、4，N原子采取sp²、sp³雜化，
故答案為：sp²、sp³；
③C=N雙鍵的N原子有1對孤對電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個單位負(fù)電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵，標(biāo)出亞鐵離子的配位鍵為，
故答案為：；
（4）異硫氰酸中 H-N 鍵極性強(qiáng)，分子間存在氫鍵，而硫氰酸分子間只存在分子間作用力，所以異硫氰酸的沸點高于硫氰酸，
故答案為：異硫氰酸；
（5）圖A體心立方密堆積，晶胞中Fe原子數(shù)目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞棱長長度為$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，圖B為面心立方密堆積，晶胞中Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞棱長長度為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，晶胞質(zhì)量之比為2：4=1：2，則A、B兩種晶體密度之比是$\frac{1}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$：$\frac{2}{（2\sqrt{2r}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{6}}{8}$，
故答案為：$\frac{3\sqrt{6}}{8}$．

點評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式、配合物、氫鍵、晶胞計算等，（3）中配位鍵判斷為易錯點，（5）中掌握均攤法進(jìn)行晶胞計算，關(guān)鍵是理解原子半徑與晶胞棱長關(guān)系，需要學(xué)生具備一定的數(shù)學(xué)計算能力．