Question

3．尿素是目前含氮量最高的氮肥，作为一种中性肥料，尿素适用于各种土壤和植物．它易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是目前使用量较大的一种化学氮肥．已知尿素的结构式为．另外尿素可用于制有机铁肥，主要代表物有三硝酸六尿素合铁（Ⅲ），化学式为[Fe（H₂NCONH₂）₆]（NO₃）₃．请回答下列问题：
（1）基态Fe³⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；C、N、O三种元素的电负性由大到小的顺序是N＞O＞C．
（2）尿素分子中N原子的杂化方式是sp³．三硝酸六尿素合铁（Ⅲ）中的NO₃^-空间构型是平面三角形．
（3）配合物Fe（CO）_x常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe（CO）_x晶体属于分子晶体（填晶体类型）．Fe（CO）_x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x=5．Fe（CO）在一定条件下发生反应：Fe（CO）_x（s）═Fe（s）+xCO（g），已知反应过程中只断裂配位键，则该反应生成物含有的化学键类型有金属键．
（4）铁的金属密堆积方式为体心立方结构，结构如图所示．

则晶胞中铁原子的配位数为8．如果铁原子的半径为r pm，密度为b g•cm-3，则铁原子的摩尔质量为$\frac{1}{2}b×（\frac{4\sqrt{3}}{3}r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}$/mol．（不必计算结果，NA为阿伏加徳罗常数）

Answer 1

分析 （1）Fe原子核外电子数为26，原子形成阳离子先按能层高低失去电子，能层越高的电子越容易失去，同一能层中按能级高低失去电子，能级越高越容易失去；同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量降低，失去电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素；
（2）尿素分子中N原子的价层电子对数为$\frac{5+3}{2}$=4，NO₃^-中N原子的价层电子对数为$\frac{5+1}{2}$=3，据此判断；
（3）分子晶体的熔沸点较低；配合物Fe（CO）_x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2，据此判断x值；根据生成物判断形成的化学键；
（4）体心立方结构的配位数为8；利用均摊法计算晶胞中含有1+8×$\frac{1}{8}$=2个铁原子，根据$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$计算摩尔质量．

解答 解：（1）Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe³⁺，Fe³⁺电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，同周期自左而右第一电离能呈增大趋势，N元素原子的2p能级有3个电子，为半满稳定状态，能量降低，失去电子需要的能量较高，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能N＞O＞C，
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；N＞O＞C；
（2）尿素分子中N原子的价层电子对数为$\frac{5+3}{2}$=4，所以N原子的杂化方式为sp³，NO₃^-中N原子的价层电子对数为$\frac{5+1}{2}$=3，氮原子没有孤电子对，所以NO₃^-空间构型是平面三角形，
故答案为：sp³；平面三角形；
（3）分子晶体的熔沸点较低，根据题给信息知，该物质的熔沸点较低，所以为分子晶体，配合物Fe（CO）_x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2，8+2x=18，x=5，Fe（CO）₅在一定条件下发生分解反应：Fe（CO）₅=Fe（s）+5CO，反应生成Fe，所以形成的化学键为金属键，
故答案为：分子晶体；5；金属键；
（4）铁的金属密堆积方式为体心立方结构，晶胞中铁原子的配位数为8；体心立方中含有1+8×$\frac{1}{8}$=2个铁原子，晶胞中体对角线上为三个铁原子相切，则体对角线为4r×10^-10cm，晶胞边长为：$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r×10^-10cm，晶胞体积为：（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$r×10^-10cm）³，所以根据$ρ=\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{2M}{{N}_{A}}}{V}$可知，M=$\frac{1}{2}ρV{N}_{A}$=$\frac{1}{2}b×（\frac{4\sqrt{3}}{3}r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}$/mol，
故答案为：8；$\frac{1}{2}b×（\frac{4\sqrt{3}}{3}r×1{0}^{-10}）^{3}{N}_{A}$g/mol．

点评 本题考查核外电子排布规律、杂化轨道理论、络合物、晶胞计算等，难度中等，注意等电子体为原子总数相等，核外电子总数或价电子总数相等的微粒