Question

【題目】近日，某科研團隊成功合成了Ni—Fe雙原子催化劑(Ni/Fe—C—N)，并應用于高效催化CO2還原。回答下列問題：

(1)基態(tài)鐵原子的價電子軌道排布圖為__。鐵元素常見的離子有Fe2+和Fe3+，穩(wěn)定性Fe2+__Fe3+(填“>”或“<”)，原因是__。

(2)C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序為__。

(3)過渡金屬配合物Ni(CO)n的中心原子價電子數與CO提供配位的電子總數之和為18，則n=___；該化合物易溶于苯及四氯化碳等有機溶劑，原因是___。

(4)二茂鐵的結構為，由Fe2+和(環(huán)戊二烯基負離子)構成。一個中σ鍵總數為__，C原子的雜化軌道類型為__。

(5)某C、Fe合金的晶胞結構如圖所示：

該合金的化學式為__，若該晶體的晶胞參數為apm、bpm、cpm，α=β=γ=90o，密度為ρg·cm-3，則NA為__(寫出計算式即可)。

Answer 1

【答案】 < Fe3+的3d軌道為半滿狀態(tài)，較穩(wěn)定 N>O>C 4 Ni(CO)4屬于非極性分子，易溶于非極性溶劑中 10 sp2 Fe3C mol-1

【解析】

根據原子及離子的電子排布式分析；根據同周期主族元素第一電離能的遞變規(guī)律判斷；根據價層電子對數目和價層電子尋互斥理論分析原子的雜化類型和空間構型；根據晶胞結構分析晶體的化學式并進行相關計算。

(1)基態(tài)鐵原子的價電子排布式為3d64s2，則價電子軌道排布圖為；Fe2+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6，Fe3+的電子排布式為1s22s22p63s23p63d5，可見Fe3+的3d軌道為半滿狀態(tài)，較穩(wěn)定，則穩(wěn)定性Fe2+＜Fe3+；

(2)C、N、O是同周期主族元素，核電荷數大，第一電離能呈增大趨勢，但N原子的2p3軌道是半充滿結構，相同穩(wěn)定，則三種元素的第一電離能由大到小的順序為N>O>C；

(3)Ni的價電子數為10，每個配體提供一個電子對，則10+2n=18，n=4；苯和四氯化碳均為非極性溶劑，根據相似相溶原理，該化合物易溶于苯及四氯化碳等有機溶劑，說明Ni(CO)4屬于非極性分子，易溶于非極性溶劑中；

(4)單鍵均為σ鍵，則一個(環(huán)戊二烯基負離子)中σ鍵總數為10；結構中碳原子的價層電子對數均為3，則C原子的雜化軌道類型為sp2雜化；

(5)該合金中Fe原子數為4×+10×=6，C原子數為8×+1=2，則合金的化學式為Fe3C；晶胞的質量為g，晶胞的體積為abc×10-30cm3，根據可知，NA=mol-1。