Question

【題目】鐵氮化合物(FexNy)在磁記錄材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。請回答下列問題：

(1)鐵元素基態(tài)原子的電子排布式為_________，3d能級上的未成對電子數(shù)為_________，能量最高能級的電子云形狀為_________。

(2)Fe3+可用KSCN溶液檢驗，形成的配合物顏色為_________，寫出一個與SCN-具有相同空間構(gòu)型的分子：_________。

(3)氮元素的最簡單氫化物為氨，氨的沸點_________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_________。氮元素另一種氫化物聯(lián)氨(N2H4)是_________(填“極性”或“非極性”)分子，其中心原子的軌道雜化類型為_________。

(4)鐵的第三電離能(I3)，第四電離能(I4)分別為2957kJ/mol，5290kJ/mol，I4遠大于I3的原因是_________。

(5)鐵和氨氣在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)物之一的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________。若兩個最近的Fe原子間的距離為a cm，則該晶體的密度是_________g/cm3(設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。

Answer 1

【答案】[Ar]3d64s2 4 花瓣形 紅色 CO2或CS2 高于 NH3分子間存在氫鍵，導(dǎo)致沸點高于PH3 極性 sp3 Fe3+的3d能級半充滿，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 8Fe+3NH32Fe4N+3H2

【解析】

（1）鐵元素為26號元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；d能級有5個原子軌道，按照洪特規(guī)則和泡利原理，因此鐵元素的3d能級上未成對電子數(shù)為4；按照構(gòu)造原理，能量最高能級為3d，其電子云形狀為花瓣形；

（2）Fe3＋與SCN－形成配合物，其配合物的顏色為(血)紅色；利用等電子體具有相似化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵特征，SCN－與CO2互為等電子體，即SCN－的空間構(gòu)型為直線型，與之相似的還有CS2等；

（3）氨分子間能形成分子間氫鍵，其沸點高于不含分子間氫鍵的PH3；N2H4的結(jié)構(gòu)式為，肼分子含有極性鍵和非極性鍵，每個氮原子都與相鄰的原子形成變形的三角錐形，氮氮單鍵可以旋轉(zhuǎn)，不一定是對稱結(jié)構(gòu)，因此肼為極性分子；N有三個σ鍵，一個孤電子對，因此雜化類型為sp3；

（4）Fe失去3個電子后，Fe3＋電子排布式為[Ar]3d5，d能級處于半滿，能量低，處于穩(wěn)定；

（5）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，Fe位于頂點和面心，個數(shù)為8×1/8＋6×1/2=4，N位于晶胞內(nèi)部，該晶胞的化學(xué)式為Fe4N，鐵和NH3在640℃可發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)方程式為8Fe＋3NH32Fe4N＋3H2，根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)，兩個最近的Fe原子間的距離是面對角線的一半，即晶胞的邊長為acm，晶胞的質(zhì)量為1×(56×4＋14)/NAg，根據(jù)密度定義，得出該晶胞的密度為g/cm3。