Question

【題目】有些特殊的鋼中含有Fe、C、Mn、V等元素，其中Mn、Fe均為第四周期過渡元素，兩元素的部分電離能數據如下表：

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元素基態(tài)原子的價電子排布圖為________。比較錳和鐵兩元素的電離能I2和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：________________。

(2)釩元素的某種配合物可增強胰島素降糖作用，它是電中性分子，結構如圖1。分子中采取sp2雜化的原子有_________，1mol分子中含有配位鍵的數目是_____。

(3)鐵元素廣泛應用，Fe2+與KCN溶液反應得Fe(CN)2沉淀，KCN過量時沉淀溶解，生成黃血鹽，其配離子結構如圖離子所帶電荷未標出。

①已知CN-與N2結構相似，CN-的電子式是___________。

②化合物Fe(CO)5熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于____晶體。

③寫出沉淀溶解的化學方程式_______________________________。

④圖2的甲是Fe的一種晶胞，晶胞中Fe的堆積方式為___________，己知該晶體的密度為ρg/cm3用NA表示阿伏加德羅常數的值，則該晶胞的邊長為___________cm。

⑤圖2的乙是Fe-C-Mn合金(晶體有缺陷)的一種晶胞，則與C原子等距緊鄰Fe的個數為____________，該合金的化學式為___________。

Answer 1

【答案】 錳失去的是較穩(wěn)定的半充滿3d5上的一個電子，鐵失去的是3d6上的一個電子變?yōu)榘氤錆M狀態(tài) C、N 2NA 分子 Fe(CN)2+4KCN＝K4[Fe(CN)6] 體心立方密堆積 Fe23Mn8C8

【解析】

(1)原子軌道中電子處于全滿、全空、半滿時最穩(wěn)定；

(2)采取sp2雜化的原子雜化軌道數目為3，而雜化軌道數目=σ鍵+孤對電子；V與N原子之間形成配位鍵；

(3)Fe2+與KCN溶液反應得Fe(CN)2沉淀，KCN過量時沉淀溶解，生成黃血鹽K4[Fe(CN)6]；由Fe的晶胞結構，可知晶胞中Fe的堆積方式為體心立方密堆積；根據均攤法計算晶胞中Fe原子數目，表示出晶胞的質量，結合m=ρV計算晶胞棱長；體心碳原子與面心Fe原子距離最近；根據均攤法計算晶胞中Fe、C、Mn原子數目，進而確定化學式。

(1)Mn元素基態(tài)原子的價電子排布式為3d54s2，故其排布圖為：，Mn2+失去的是較穩(wěn)定的半充滿3d5上的一個電子，Fe2+失去的是3d6上的一個電子變?yōu)榘氤錆M狀態(tài)，故亞鐵離子更容易失去一個電子；

(2)根據圖1可知，分子中C原子、N原子σ鍵均為3，均沒有孤電子對，雜化軌道數目均為3，均采取sp2雜化，圖1中兩個氮原子與釩原子形成兩個配位鍵，故1mol分子中含有配位鍵的數目是2NA；

(3)①氮氣的電子式為：，故根據互為等電子體的微粒結構相似可知CN-的電子式為：；

②化合物Fe(CO)5熔點為253K，沸點為376K，其熔沸點都比較低，屬于分子晶體；

③根據圖3可知：Fe2+與KCN溶液反應得Fe(CN)2沉淀，KCN過量時沉淀溶解，生成黃血鹽K4[Fe(CN)6]，反應的方程式為Fe(CN)2+4KCN＝K4[Fe(CN)6]；

④根據圖2可知鐵的晶胞類型是體心立方密堆積，一個晶胞中鐵原子的個數為：，一個晶胞的質量為：，設晶胞的邊長是a，根據，則；

⑤根據圖2可知，體心碳與面心鐵原子的距離最近，則與碳等距離的最近的鐵原子共4個，在該晶胞中，鐵原子的個數為：，碳原子的個數是1，錳原子的個數是，鐵、錳、碳的原子個數比為23:8:8，故該合金的化學式為Fe23Mn8C8。