Question

【題目】鐵的單質及化合物在研究和生產中有多種用途。根據所學知識回答下列問題：

（1）Fe3+價電子排布式為______________，并解釋Fe2+還原性強的原因_______________。

（2）類鹵素離子SCN-是檢驗Fe3+的試劑之一，與SCN-互為等電子體的一種物質的分子式 為_____________。

（3）①已知Fe3C的晶胞結構中碳原子的配位數為6，與碳原子緊鄰的鐵原子組成的空間構型為____________________，鐵原子的配位數是___________。

②鐵的某種化合物結構簡式如圖1所示，組成上述化合物中的第二周期元素原子的電負性由大到小的順序為_________________________，上述化合物中氮原子的雜化方式為_____________，在圖1中用“→”標出Fe元素周圍的配位鍵_____。

（4）鐵單質的堆積方式有以下兩種，其剖面圖分別如圖2a、b所示。其中屬于面心立方最密堆積的是_______（填“a”或“b”），此晶體中原子的總體積占晶體體積的比例為____________________（用含圓周率π的代數式表示）。

Answer 1

【答案】3d5 Fe2+價電子排布為3d6，失去1個電子變成Fe3+的3d5穩定結構； CS2或CO2或N2O 正八面體 2 O>N>C sp2、sp3 b

【解析】

根據核外電子排布情況，全滿、半滿的穩定結構分析解答；根據等電子體原理分析解答；根據晶胞中原子個數比及配位原子的概念分析解答；根據化學鍵的類型及軌道雜化理論分析解答；根據晶胞的結構及金屬晶體中原子的堆積方式分析解答。

（1）Fe是26號元素，原子的電子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子先失去4s能級2個電子、再失去3d能級1個電子形成Fe3+，Fe3+價電子排布式為：3d5；Fe3+價電子排布處于半充滿穩定狀態，而Fe2+價電子排布為3d6，失去1個電子變成Fe3+的3d5穩定結構，故Fe2+還原性強；故答案為：3d5；Fe2+價電子排布為3d6，失去1個電子變成Fe3+的3d5穩定結構；

（2）與SCN互為等電子體的一種物質，可以用S替換N原子與1個單位負電荷，它的等電子體為：CS2，進一步用O原子替換S原子得到等電子體CO2，2個N原子替換1個C原子、1個O原子得到等電子體N2O，等等，故答案為：CS2或CO2或N2O；

（3）①Fe3C的晶胞結構中碳原子的配位數為6，與碳原子緊鄰的鐵原子，以C原子為原點建立三維坐標系，Fe原子位于坐標軸上且關于原點（碳原子）對稱，6個Fe形成的空間結構為正八面體，故C原子的配位數為6，配位數之比等于相應原子數目反比，則Fe原子配位數為6×1÷3=2，故答案為：正八面體；2；

②同周期主族元素從左向右電負性逐漸增大，故電負性大小為O>N>C；化合物中形成C＝N雙鍵的N原子形成2個σ鍵，含有1對孤電子對，而形成單鍵的N原子，形成2個σ鍵，含有2對孤電子對，雜化軌道數目分別為3、4，N原子采取sp2、sp3雜化；形成8電子穩定結構時，N原子形成3個共價鍵，微粒中N原子形成4個鍵，其中1個是N原子與亞鐵離子形成的配位鍵，標出配位鍵為：，故答案為：O>N>C；sp2、sp3；；

（4）面心立方最密堆積中原子處于晶胞的頂點與面心，圖a中Fe原子處于頂點與體心，是體心立方堆積，圖b中Fe原子處于頂點與面心，屬于面心立方最密堆積；面心立方最密堆積中處于晶胞面對角線上Fe原子緊密相鄰，設Fe原子半徑為r，則晶胞棱長＝4r×=，晶胞體積＝，晶胞中Fe原子數目＝8× +6×=4，晶胞中Fe原子總體積＝4×3πr3，晶胞中原子的總體積占晶體體積的比例為：，故答案為：b；。