Question

【题目】铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。请回答下列问题：

(1)铁元素基态原子的电子排布式为_________，3d能级上的未成对电子数为_________，能量最高能级的电子云形状为_________。

(2)Fe3+可用KSCN溶液检验，形成的配合物颜色为_________，写出一个与SCN-具有相同空间构型的分子：_________。

(3)氮元素的最简单氢化物为氨，氨的沸点_________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_________。氮元素另一种氢化物联氨(N2H4)是_________(填“极性”或“非极性”)分子，其中心原子的轨道杂化类型为_________。

(4)铁的第三电离能(I3)，第四电离能(I4)分别为2957kJ/mol，5290kJ/mol，I4远大于I3的原因是_________。

(5)铁和氨气在640℃可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图所示，写出该反应的化学方程式：_________。若两个最近的Fe原子间的距离为a cm，则该晶体的密度是_________g/cm3(设阿伏加德罗常数的值为NA)。

Answer 1

【答案】[Ar]3d64s2 4 花瓣形 红色 CO2或CS2 高于 NH3分子间存在氢键，导致沸点高于PH3 极性 sp3 Fe3+的3d能级半充满，结构稳定 8Fe+3NH32Fe4N+3H2

【解析】

（1）铁元素为26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；d能级有5个原子轨道，按照洪特规则和泡利原理，因此铁元素的3d能级上未成对电子数为4；按照构造原理，能量最高能级为3d，其电子云形状为花瓣形；

（2）Fe3＋与SCN－形成配合物，其配合物的颜色为(血)红色；利用等电子体具有相似化学结构和化学键特征，SCN－与CO2互为等电子体，即SCN－的空间构型为直线型，与之相似的还有CS2等；

（3）氨分子间能形成分子间氢键，其沸点高于不含分子间氢键的PH3；N2H4的结构式为，肼分子含有极性键和非极性键，每个氮原子都与相邻的原子形成变形的三角锥形，氮氮单键可以旋转，不一定是对称结构，因此肼为极性分子；N有三个σ键，一个孤电子对，因此杂化类型为sp3；

（4）Fe失去3个电子后，Fe3＋电子排布式为[Ar]3d5，d能级处于半满，能量低，处于稳定；

（5）根据晶胞的结构，Fe位于顶点和面心，个数为8×1/8＋6×1/2=4，N位于晶胞内部，该晶胞的化学式为Fe4N，铁和NH3在640℃可发生置换反应，反应方程式为8Fe＋3NH32Fe4N＋3H2，根据晶胞的结构，两个最近的Fe原子间的距离是面对角线的一半，即晶胞的边长为acm，晶胞的质量为1×(56×4＋14)/NAg，根据密度定义，得出该晶胞的密度为g/cm3。