Question

【題目】鐵被譽(yù)為“第一金屬”，鐵及其化合物廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、國防等領(lǐng)域。

(1)已知：元素的一個基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個電子形成-1價氣態(tài)陰離子時所放出的能量稱為該元素的第一電子親和能，用E1表示。從-1價的氣態(tài)陰離子再得到1個電子，成為-2價的氣態(tài)陰離子所放出的能量稱為第二電子親和能E2，依此類推。FeO是離子晶體，其晶格能可通過如下的Born－Haber循環(huán)計算得到。

鐵單質(zhì)的原子化熱為__________kJ/mol，FeO的晶格能為__________kJ/mol，基態(tài)O原子E1____________E2(填“大于”或“小于”)，從原子結(jié)構(gòu)角度解釋_________。

(2)乙二胺四乙酸又叫做EDTA(圖1)，是化學(xué)中一種良好的配合劑，形成的配合物叫做螯合物。EDTA在配位滴定中經(jīng)常用到，一般是測定金屬離子的含量。已知：EDTA配離子結(jié)構(gòu)(圖2)。

EDTA中碳原子軌道的雜化類型為____________，EDTANa-Fe(Ⅲ)是一種螯合物，六個配位原子在空間構(gòu)型為____________。EDTANa-Fe(Ⅲ)的化學(xué)鍵除了σ鍵和配位鍵外，還存在____________。

(3)Fe3O4晶體中，O2-的重復(fù)排列方式如圖所示，該排列方式中存在著由如1、3、6、7的O 圍成的正四面體空隙和如3、6、7、8、9、12的O2-圍成的正八面體空隙。Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面體空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面體空隙中，則Fe3O4晶體中，O2-數(shù)與正四面體空隙數(shù)(包括被填充的)之比為__________，有__________%的正八面體空隙填充陽離子。Fe3O4晶胞的八分之一是圖示結(jié)構(gòu)單元(圖3)，晶體密度為5.18 g/cm3，則該晶胞參數(shù)a=____________pm。(寫出計算表達(dá)式)

Answer 1

【答案】416.3 3902 小于 當(dāng)負(fù)一價氧離子再獲得電子時要克服電荷之間的排斥力，因此要吸收能量 sp2，sp3 八面體 離子鍵和π鍵 1：2 50% ×1010

【解析】

(1)從原子化能、晶格能概念，結(jié)合圖示的能量變化判斷；根據(jù)圖示O原子的E1、E2比較大小，并從電性作用分析判斷；

(2)根據(jù)單鍵是sp3雜化，共價雙鍵是sp2雜化分析；根據(jù)EDTANa-Fe(Ⅲ)的結(jié)構(gòu)中原子相對位置、結(jié)合其結(jié)構(gòu)分析判斷；

(3)根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)分析，由密度公式ρ=進(jìn)行計算。

(1)根據(jù)圖示可知Fe晶體變?yōu)?/span>1 mol氣態(tài)Fe原子時需吸收416.3 kJ的熱量，所以鐵單質(zhì)的原子化熱為416.3 kJ/mol；根據(jù)圖示可知1 mol氣態(tài)Fe2+與1 mol氣態(tài)O2-會放出3902 kJ的熱量，則FeO的晶格能為3902 kJ/mol；1 mol基態(tài)氣態(tài)O原子獲得1 mol 電子變?yōu)?/span>1 mol氣態(tài)O-離子，放出能量是142 kJ，則O原子的E1=-142 kJ/mol，而基態(tài)O原子E2為+844 kJ/mol，E1<E2，這是由于O-帶一個單位的負(fù)電荷，當(dāng)負(fù)一價氧離子再獲得電子時要克服電荷之間的排斥力，因此要吸收能量，所以E1<E2；

(2)根據(jù)EDTA的結(jié)構(gòu)簡式可知，該物質(zhì)分子中含有的C原子，結(jié)合了四個其它原子，形成四個單鍵，這類C原子雜化類型為sp3雜化；有的C結(jié)合三個其它原子，含有雙鍵，這類碳原子軌道的雜化類型為sp2雜化；根據(jù)圖示可知：在Fe3+周圍連接4個O原子，2個N原子，在兩個頂點含有2個O原子，在中間平面上有2個N原子、2個O原子，構(gòu)成的是八面體結(jié)構(gòu)；EDTANa-Fe(Ⅲ)是離子化合物，含有離子鍵，陰離子是復(fù)雜離子，含有共價單鍵、共價雙鍵，共價單鍵為σ鍵，共價雙鍵中含有1個σ鍵和1個π鍵，在Fe3+原子上含有空軌道，在與之結(jié)合的N、O原子上含有孤對電子，與中間的Fe3+形成配位鍵，所以在該化合物中除了含有σ鍵和配位鍵外，還存在π鍵和離子鍵。

(3)結(jié)構(gòu)中如1、3、6、7的O2-圍成的正四面體空隙有8個，由圖可知晶體結(jié)構(gòu)中O2-離子數(shù)目為8×+6×=4個，則O2-離子數(shù)目與正四面體空隙數(shù)之比為4：8 =1：2；

Fe3O4中有一半的Fe3+填充到正四面體空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面體空隙中，則有50%的正八面體空隙沒有填充陽離子，含有Fe3+和Fe2+的總數(shù)為3，晶胞中有8個圖示結(jié)構(gòu)單元，不妨取1 mol這樣的晶胞，則1 mol晶胞的質(zhì)量為m=8×(3×56+4×16) g=8×232 g，1 mol晶胞即有6.02×1023個晶胞，1個晶胞的體積為V=(a×10-10)3 cm3，所以晶體密度為ρ= a/cm3=5.18 g/cm3，所以該晶胞參數(shù)a=×1010pm。