Question

1．铁元素不仅可以与SCN^-、CN^-等离子形成配合物，还可以与CO、NO等分子以及许多有机试剂形成配合物，回答下列问题：
（1）基态铁原子有4个未成对电子，Fe²⁺的电子排布式为1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ，常用SCN^-检验Fe²⁺，二者可按n：1（n=1～6）的个数比形成血红色配合物，该配合物的化学式用通式表示为[Fe（SCN）_n]^（3-n）+．
（2）CN^-有毒，含CN^-的工业废水必须处理，用TiO₂作光催化剂可将废水中的CN^-转化为OCN^-，并最终氧化为N₂、CO₂．
①C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C．
②与CN^-互为等电子体的一种分子为CO（填化学式）；1molFe（CN）₄^3-中含有σ键的数目为8N_A．
③铁与CO形成的配合物Fe（CO）₅的熔点为-20.5℃，沸点103℃，易溶于CCl₄，据此可以判断Fe（CO）₅晶体属于分子晶体（填晶体类型）．
（3）乙二胺四乙酸能和Fe³⁺形成稳定的水溶性配合物乙二胺四乙酸铁钠，原理如图1：

①乙二胺四乙酸中碳原子的杂化轨道类型是sp²、sp³．
②乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₃]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高很多，原因是乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键．
（4）铁铝合金的一种晶体属于面心立方结构，其晶胞可看成由8个小体心立方结构堆砌而成，小立方体如图2所示，则该合金的化学式AlFe₃，已知小立方体的边长为0.289nm，此铁铝合金的密度为6.71g•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）依据基态铁原子的核外电子排布判断未成对电子；铁原子失去最外层电子生成亚铁离子；依据化合价代数和为0写成硫氰合铁配合物的通式；
（2）①同周期第一电离能自左而右具有增大趋势，所以第一电离能O＞C．由于氮元素原子2p能级有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素；
②价电子数和原子数（氢等轻原子不计在内）相同的分子、离子或原子团；1molFe（CN）₄^3-中CN含有C、N三键，其中1个是σ键，N原子有孤对电子，铁原子有空轨道，所以每个铁离子与CN-形成4个配位键，所以共用8个σ键，1molFe（CN）₄^3-中含有σ键数为8mol；
③依据Fe（CO）₅的熔沸点低，且易溶于四氯化碳判断晶体类型；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子为-CH₂-，-COOH，前者碳原子以单键连接4个原子为四面体结构，为sp³杂化，-COOH中碳原子含有1个双键，为sp2杂化；
②氢键的存在能够显著提高物质的熔沸点；
（4）依据正方体中，顶点上的原子被8个晶胞占有，体心上的原子被1个晶胞占有，铁铝合金晶胞结构铝原子的数目为4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；铁原子数目为1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以铝原子与铁原子个数之比为1：3；计算一个晶胞的质量m，计算晶胞的体积V，依据ρ=$\frac{m}{V}$计算其密度．

解答 解：（1）基态铁原子的核外电子排布为：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²，3d⁶中，最多容纳10个电子，现在有6个，先占据单个的，所以只有2个成对，还有4个未成对；
铁原子失去两个电子变为二价铁离子，其电子排布为：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；依据化合价代数和为0可知：硫氰合铁通式为：[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
故答案为：4；1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
（2）①同周期第一电离能自左而右具有增大趋势，所以第一电离能O＞C．由于氮元素原子2p能级有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素，所以C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C；
故答案为：N＞O＞C；
②与CN^-互为等电子体的一种分子中有2个原子且价电子数为10，可以是CO；
1molFe（CN）₄^3-中CN含有C、N三键，其中1个是σ键，N原子有孤对电子，铁原子有空轨道，所以每个铁离子与CN-形成4个配位键，所以共用8个σ键，1molFe（CN）₄^3-中含有σ键数为8mol，个数为8N_A；
故答案为：CO；8N_A；
③Fe（CO）₅的熔沸点低，且易溶于四氯化碳，依据分子晶体熔沸点低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₅为分子晶体；
故答案为：分子晶体；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子为-CH₂-，-COOH，前者碳原子以单键连接4个原子为四面体结构，为sp³杂化，-COOH中碳原子含有1个双键，为sp²杂化；
故答案为：sp²、sp³；
②乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键，所以乙二胺（H₂NCH₃CH₂NH₃）和三甲胺[N（CH₃）₂]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多；
故答案为：乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（4）依据铁铝合金晶胞结构铝原子的数目为4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；铁原子数目为1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以铝原子与铁原子个数之比为1：3，该铁铝合金的化学式为：AlFe₃；
一个小立方体质量为$\frac{27}{2×6.02×1{0}^{23}}$+$\frac{56×3}{2×6.02×1{0}^{23}}$=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，
故答案为：AlFe₃；6.71．

点评 本题考查综合性强，题目难度大，涉及电子的排布、电离能大小的判断、杂化方式的判断、晶胞的相关技术，明确晶胞结构是解题关键．