Question

20．Mn．Fe均為第四周期過渡元素，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

回答下列問題：
（1）Mn元素的原子結構示意圖為，比較兩元素的I₂、I₃可知，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個電子難，對此，你的解釋是由Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能經由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉化為Fe³+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉變?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構特點是有孤對電子；
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，寫出一種與CN^-互為等電子體的單質分子的結構式N≡N；
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔點282℃，沸點315℃，在300℃以上易升華．易溶于水，也易溶于乙醚．丙酮等有機溶劑．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際含有的Fe原子個數(shù)之比為1：2．
（5）假設體心立方晶胞的鐵原子半徑為r，晶胞的邊長為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的原子之間易形成配位鍵，鐵原子含有空軌道；
②根據(jù)價層電子對互斥理論確定原子雜化方式；
原子個數(shù)相等、價電子數(shù)相等的微�；�為等電子體；
（3）分子晶體熔沸點較低；
（4）體心立方晶胞中Fe原子個數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方晶胞中Fe原子個數(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，所以其原子結構示意圖為；原子軌道中電子處于全滿、全空、半滿上最穩(wěn)定，
由Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能經由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉化為Fe³+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)），
故答案為：；由Mn²⁺轉化為Mn³⁺時，3d能經由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉變?yōu)椴环�(wěn)定的3d⁴狀態(tài)（或Fe²⁺轉化為Fe³+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d⁶狀態(tài)轉變?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該有孤對電子，故答案為：有孤對電子；
②配體CN^-中C原子價層電子對個數(shù)是2且不含孤電子對，所以C原子采用sp雜化；原子個數(shù)相等、價電子數(shù)相等的微粒互為等電子體，所以與配體CN^-互為等電子體的分子是氮氣，其結構式為N≡N，故答案為：sp；N≡N；
（3）分子晶體熔沸點較低，該物質的熔沸點較低，所以為分子晶體，故答案為：分子晶體；
（4）體心立方晶胞中Fe原子個數(shù)=1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方晶胞中Fe原子個數(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%．

點評 本題考查物質結構和性質，為高頻考點，涉及晶胞計算、原子雜化方式判斷、原子核外電子排布等知識點，難點是晶胞計算，注意體心立方中體對角線上三個原子緊貼、面心立方晶胞中同一面上對角線上三個原子緊貼，為易錯點．