Question

1．鐵元素不僅可以與SCN^-、CN^-等離子形成配合物，還可以與CO、NO等分子以及許多有機試劑形成配合物，回答下列問題：
（1）基態(tài)鐵原子有4個未成對電子，F(xiàn)e²⁺的電子排布式為1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ，常用SCN^-檢驗Fe²⁺，二者可按n：1（n=1～6）的個數(shù)比形成血紅色配合物，該配合物的化學式用通式表示為[Fe（SCN）_n]^（3-n）+．
（2）CN^-有毒，含CN^-的工業(yè)廢水必須處理，用TiO₂作光催化劑可將廢水中的CN^-轉化為OCN^-，并最終氧化為N₂、CO₂．
①C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C．
②與CN^-互為等電子體的一種分子為CO（填化學式）；1molFe（CN）₄^3-中含有σ鍵的數(shù)目為8N_A．
③鐵與CO形成的配合物Fe（CO）₅的熔點為-20.5℃，沸點103℃，易溶于CCl₄，據(jù)此可以判斷Fe（CO）₅晶體屬于分子晶體（填晶體類型）．
（3）乙二胺四乙酸能和Fe³⁺形成穩(wěn)定的水溶性配合物乙二胺四乙酸鐵鈉，原理如圖1：

①乙二胺四乙酸中碳原子的雜化軌道類型是sp²、sp³．
②乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₃]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高很多，原因是乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵．
（4）鐵鋁合金的一種晶體屬于面心立方結構，其晶胞可看成由8個小體心立方結構堆砌而成，小立方體如圖2所示，則該合金的化學式AlFe₃，已知小立方體的邊長為0.289nm，此鐵鋁合金的密度為6.71g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)基態(tài)鐵原子的核外電子排布判斷未成對電子；鐵原子失去最外層電子生成亞鐵離子；依據(jù)化合價代數(shù)和為0寫成硫氰合鐵配合物的通式；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能大于相鄰元素；
②價電子數(shù)和原子數(shù)（氫等輕原子不計在內）相同的分子、離子或原子團；1molFe（CN）₄^3-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個鐵離子與CN-形成4個配位鍵，所以共用8個σ鍵，1molFe（CN）₄^3-中含有σ鍵數(shù)為8mol；
③依據(jù)Fe（CO）₅的熔沸點低，且易溶于四氯化碳判斷晶體類型；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結構，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp2雜化；
②氫鍵的存在能夠顯著提高物質的熔沸點；
（4）依據(jù)正方體中，頂點上的原子被8個晶胞占有，體心上的原子被1個晶胞占有，鐵鋁合金晶胞結構鋁原子的數(shù)目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數(shù)目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數(shù)之比為1：3；計算一個晶胞的質量m，計算晶胞的體積V，依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算其密度．

解答 解：（1）基態(tài)鐵原子的核外電子排布為：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²，3d⁶中，最多容納10個電子，現(xiàn)在有6個，先占據(jù)單個的，所以只有2個成對，還有4個未成對；
鐵原子失去兩個電子變?yōu)槎�價鐵離子，其電子排布為：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；依據(jù)化合價代數(shù)和為0可知：硫氰合鐵通式為：[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
故答案為：4；1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能大于相鄰元素，所以C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C；
故答案為：N＞O＞C；
②與CN^-互為等電子體的一種分子中有2個原子且價電子數(shù)為10，可以是CO；
1molFe（CN）₄^3-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個鐵離子與CN-形成4個配位鍵，所以共用8個σ鍵，1molFe（CN）₄^3-中含有σ鍵數(shù)為8mol，個數(shù)為8N_A；
故答案為：CO；8N_A；
③Fe（CO）₅的熔沸點低，且易溶于四氯化碳，依據(jù)分子晶體熔沸點低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₅為分子晶體；
故答案為：分子晶體；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結構，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp²雜化；
故答案為：sp²、sp³；
②乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵，所以乙二胺（H₂NCH₃CH₂NH₃）和三甲胺[N（CH₃）₂]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高得多；
故答案為：乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵；
（4）依據(jù)鐵鋁合金晶胞結構鋁原子的數(shù)目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數(shù)目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數(shù)之比為1：3，該鐵鋁合金的化學式為：AlFe₃；
一個小立方體質量為$\frac{27}{2×6.02×1{0}^{23}}$+$\frac{56×3}{2×6.02×1{0}^{23}}$=161.96×10^-23g；
所以其密度ρ=$\frac{m}{V}$═$\frac{161.96×1{0}^{-23}g}{0.0289×0.0289×0.0289c{m}^{3}}$=6.71g/cm³，
故答案為：AlFe₃；6.71．

點評 本題考查綜合性強，題目難度大，涉及電子的排布、電離能大小的判斷、雜化方式的判斷、晶胞的相關技術，明確晶胞結構是解題關鍵．