Question

鐵及鐵的化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應用．請回答下列問題：
（1）基態(tài)Fe²⁺的最外層電子排布式為

 

．
（2）工業(yè)上常利用Fe²⁺與CN^-形成穩(wěn)定Fe（CN）₆^4-（六氰合亞鐵離子）的特點來處理含CN^-的工業(yè)廢水．在CN^-中C原子的雜化方式為

 

，并寫出CN^-的電子式

 

．
（3）三氯化鐵易溶于水，也易溶于乙醚等有機溶劑．其在300℃以上易升華，在400℃時它的蒸氣中有以配位鍵結合的雙聚分子存在，其結構如圖1所示．請判斷三氯化鐵的晶體類型為

 

，并將其結構式中配位鍵標出，繪制在答題卡中．
（4）應用于合成氨反應的催化劑（鐵）的表面上存在氮原子，如圖為氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖（圖中小黑色球代表氮原子，灰色球代表鐵原子）．則圖示鐵顆粒表面上氮原子與鐵原子的個數(shù)比為

 

．
（5）當溫度低于912℃時，鐵以體心立方的α-Fe晶型存在；當溫度介于912℃～1394℃之間時，鐵以面心立方的γ-Fe晶型存在．已知α-Fe的密度為7.86g/cm³，則γ-Fe的密度為

 

g/cm³，鐵的原子半徑為

 

cm．（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示）．

Answer 1

考點：晶胞的計算,原子核外電子排布,原子軌道雜化方式及雜化類型判斷

專題：化學鍵與晶體結構

分析：（1）Fe是26號元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知，F(xiàn)e²⁺的基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外層電子排布式為3s²3p⁶3d⁶，據(jù)此答題；
（2）因為CN^-與N₂互為等電子體，據(jù)此可推知其電子式為：，并可判斷碳原子的雜化方式；
（3）根據(jù)三氯化鐵的性質(zhì)可以判斷其晶體類型，根據(jù)其結構式及氯原子滿足八電子穩(wěn)定結構，可畫出配位鍵的位置；
（4）根據(jù)氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個鐵原子周圍有2個氮原子，而每個氮原子周圍有4個鐵原子，據(jù)此答題；
（5）根據(jù)兩種晶胞的空間利用率可以算出兩種晶體的密度關系，根據(jù)密度=

質(zhì)量

體積

，計算晶胞體積及連長，根據(jù)晶胞的邊長和鐵原子半徑的關系計算鐵原子半徑．

解答： 解：（1）Fe是26號元素，根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知，F(xiàn)e²⁺的基態(tài)核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外層電子排布式為3s²3p⁶3d⁶，
故答案為3s²3p⁶3d⁶；
（2）因為CN^-與N₂互為等電子體，據(jù)此可推知其電子式為：，并可判斷碳原子的雜化方式為sp雜化；
（3）因為三氯化鐵在300℃以上易升華，由此可以判斷其晶體類型為分子晶體，根據(jù)其結構式及氯原子滿足八電子穩(wěn)定結構，可畫出配位鍵的位置如圖所示：，故答案為：分子晶體；  ；
（4）根據(jù)氮原子在鐵的晶面上的單層附著局部示意圖可以看出，每個鐵原子周圍有2個氮原子，而每個氮原子周圍有4個鐵原子，所以對于某個氮原子來講，屬于這個氮原子的鐵原子數(shù)為4×

1

2

=2，所以氮原子與鐵原子的個數(shù)比為1：2，故答案為1：2；
（5）因為體心立方結構的空間利用率為74%，而面心立方結構的空間利用率為68%，所以γ-Fe與α-Fe的密度之比為：74%：68%，所以γ-Fe的密度為：

74%

68%

×7.86=8.55，在α-Fe的晶胞中因為是體心立方結構，所以含有鐵原子數(shù)為1+8×

1

8

=2，根據(jù)密度=

質(zhì)量

體積

，設晶胞連長為a，則有

2×56 NA

a3

=7.86，所以a=

3	2×56 7.86NA

，在體心立方結構中，立方體的體對角線的長度應等于鐵原子半徑的4倍，而體對角線的長度=

3

a，所以鐵原子的半徑為：

3

4

×

3	2×56 7.86NA

故答案為：8.55；

3

4

×

3	2×56 7.86NA

．

點評：本題主要考查核外電子排布、等電子體、配位鍵、晶胞密度的計算等知識點，有一定的綜合性，中等難度，解題時要熟記金屬晶體的晶胞結構．