Question

20．Mn．Fe均為第四周期過(guò)渡元素，兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表：

元素		Mn	Fe
電離能  KJ/mol	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

回答下列問(wèn)題：
（1）Mn元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，比較兩元素的I₂、I₃可知，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個(gè)電子難，對(duì)此，你的解釋是由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能經(jīng)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³+時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)）；
（2）Fe原子或離子外圍有較多能量相近的空軌道而能與一些分子或離子形成配合物．
①與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子都具備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有孤對(duì)電子；
②六氰合亞鐵離子[Fe（CN）₆]^4-中的配體CN^-中C原子的雜化軌道類型是sp，寫(xiě)出一種與CN^-互為等電子體的單質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)式N≡N；
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)282℃，沸點(diǎn)315℃，在300℃以上易升華．易溶于水，也易溶于乙醚．丙酮等有機(jī)溶劑．據(jù)此判斷三氯化鐵晶體為分子晶體；
（4）金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞分別如圖所示．體心立方晶胞和面心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為1：2．
（5）假設(shè)體心立方晶胞的鐵原子半徑為r，晶胞的邊長(zhǎng)為a，則該晶胞的空間利用率是68%．

Answer 1

分析 （1）Mn原子核外有4個(gè)電子層，K、L、M、L電子層上電子數(shù)分別是2、8、13、2；原子軌道中電子處于全滿、全空、半滿上最穩(wěn)定；
（2）①含有空軌道和含有孤電子對(duì)的原子之間易形成配位鍵，鐵原子含有空軌道；
②根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定原子雜化方式；
原子個(gè)數(shù)相等、價(jià)電子數(shù)相等的微粒互為等電子體；
（3）分子晶體熔沸點(diǎn)較低；
（4）體心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4；
（5）該晶胞中總鐵原子體積=2×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞邊長(zhǎng)a=$\sqrt{\frac{16}{3}}$r，體心立方晶胞中晶體體積a³=（$\sqrt{\frac{16}{3}}$r）³，
晶胞空間利用率=$\frac{鐵原子總體積}{晶胞體積}×100%$．

解答 解：（1）Mn原子核外有4個(gè)電子層，K、L、M、L電子層上電子數(shù)分別是2、8、13、2，所以其原子結(jié)構(gòu)示意圖為；原子軌道中電子處于全滿、全空、半滿上最穩(wěn)定，
由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能經(jīng)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³+時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)），
故答案為：；由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能經(jīng)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³+時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)）；
（2）①含有空軌道和含有孤電子對(duì)的原子之間易形成配位鍵，鐵原子含有空軌道，所以配原子或配離子應(yīng)該有孤對(duì)電子，故答案為：有孤對(duì)電子；
②配體CN^-中C原子價(jià)層電子對(duì)個(gè)數(shù)是2且不含孤電子對(duì)，所以C原子采用sp雜化；原子個(gè)數(shù)相等、價(jià)電子數(shù)相等的微�；�為等電子體，所以與配體CN^-互為等電子體的分子是氮?dú)�，其結(jié)構(gòu)式為N≡N，故答案為：sp；N≡N；
（3）分子晶體熔沸點(diǎn)較低，該物質(zhì)的熔沸點(diǎn)較低，所以為分子晶體，故答案為：分子晶體；
（4）體心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)=6×$\frac{1}{2}$+8×$\frac{1}{8}$=4，所以體心立方和面心立方晶胞中Fe原子個(gè)數(shù)之比=2：4=1：2，故答案為：1：2；
（5）該晶胞中總鐵原子體積=2×$\frac{4}{3}$πr³，晶胞邊長(zhǎng)a=$\sqrt{\frac{16}{3}}$r，體心立方晶胞中晶體體積a³=（$\sqrt{\frac{16}{3}}$r）³，
晶胞空間利用率=$\frac{鐵原子總體積}{晶胞體積}×100%$=$\frac{2×\frac{4}{3}×π×{r}^{3}}{（\sqrt{\frac{16}{3}}r）^{3}}$×100%=68%，
故答案為：68%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、原子雜化方式判斷、原子核外電子排布等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，注意體心立方中體對(duì)角線上三個(gè)原子緊貼、面心立方晶胞中同一面上對(duì)角線上三個(gè)原子緊貼，為易錯(cuò)點(diǎn)．