Question

16．Mn、Fe均為第四周期過(guò)渡元素，兩元素的部分電離能（I）數(shù)據(jù)列于表：

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）Fe元素價(jià)電子層的電子排布式為3d⁶4s²，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能級(jí)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，能與一些分子或離子形成配合物，則與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子應(yīng)具備的條件是具有孤對(duì)電子．
（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．面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為2：1，其中體心立方晶胞空間利用率為68%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫；原子軌道處于半滿、全滿、全空時(shí)能量更低穩(wěn)定；
（2）根據(jù)配位鍵形成條件分析，由Fe原子或離子的核外電子排布圖可知，F(xiàn)e原子或離子含有空軌道；
（3）氯化鐵的晶體熔沸點(diǎn)低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑，符合分子晶體的特征；
（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；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，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）Fe原子是26號(hào)元素，F(xiàn)e原子的基態(tài)核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，所以價(jià)層電子排布式為3d⁶4s²，
由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少，
故答案為：3d⁶4s²；由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)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原子或離子含有空軌道，所以，與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子應(yīng)具有孤對(duì)電子，
故答案為：具有孤對(duì)電子；
（3）三氯化鐵，其熔點(diǎn)：282℃，沸點(diǎn)315℃，在300℃以上升華，三氯化鐵的晶體熔沸點(diǎn)低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑，符合分子晶體的特征，故為三氯化鐵分子晶體，
故答案為：分子；
（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，所以面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為2：1，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：2：1；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)．