Question

【题目】锌、铁、铜及其化合物在生活、生产中有着广泛应用。回答下列问题：

(1)基态Fe3＋的核外电子排布式为____________。在第四周期过渡元素中，基态原子未成对电子数最多的元素为____________(用元素符号表示)。

(2)一水合甘氨酸锌[(H2NCH2COO)2Zn·H2O]是一种饲料添加剂，该化合物中所涉及的非金属元素电负性由大到小的顺序是____________(用元素符号表示)；甘氨酸分子中N原子的杂化轨道类型为____________；从结构角度解释甘氨酸易溶于水的原因：________________。

(3)铜元素的第一电离能、第二电离能分别为746 kJ·mol－1、1958 kJ·mol－1；锌元素的第一电离能、第二电离能分别为906 kJ·mol－1、1733 kJ·mol－1，铜的第二电离能大于锌的第二电离能，其主要原因是___________________________________________________。

(4)磷酸铁(FePO4)可用于制造磷酸铁锂电池材料，PO的空间构型为______________。

(5)某种化合物由Fe、Cu、S三种元素组成，其晶胞结构如图所示，则化学式为__________，该晶胞上、下底面均为正方形，侧面与底面垂直，若该晶体的密度ρ g·cm－3，设NA为阿伏加德罗常数的值，结合图中的数据计算底面棱长a＝____________(只要求列出计算式，用含b的代数式表示)pm。

Answer 1

【答案】[Ar]3d5 Cr O>N>C>H sp3 甘氨酸是极性分子，氨基和羧基都能与水分子形成氢键 气态Cu失去一个电子变成Cu+后，其核外价电子排布式为3d10，形成了较稳定的全充满状态；而锌失去一个电子后，其核外价电子排布式为3d104s1 正四面体 CuFeS2

【解析】

(1)Fe为26号元素，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，失去3个电子形成Fe3＋，其核外电子排布为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；在3d过渡金属中，基态原子未成对电子数最多的元素的价电子排布式为3d54s1，该元素为Cr；

(2)一水合甘氨酸锌中含有的非金属元素有H、C、N、O，元素的非金属性越强，其电负性越大，非金属性大小顺序为O>N>C>H，则电负性大小排序为O>N>C>H；甘氨酸的结构简式为NH2CH2COOH，－NH2中N原子的价层电子对个数为4，则N原子的杂化类型为sp3；根据甘氨酸的结构简式，其含有－NH2、－COOH能够与水形成氢键，且甘氨酸是极性分子；

(3)气态Zn失去一个电子形成排布为[Ar]3d104s1的结构；而气态Cu失去一个电子变成Cu＋，其核外电子排布式为为[Ar]3d10，Cu＋的核外电子排布中3d轨道为全满结构，较稳定，再失去一个电子，需要的能量较高；答案为气态Cu失去一个电子变成Cu+后，其核外价电子排布式为3d10，形成了较稳定的全充满状态；而锌失去一个电子后，其核外价电子排布式为3d104s1；

(4)PO43－中P的价层电子对数目=，价层电子对数目为4，不含孤对电子对，则PO43－的空间构型为正四面体；

(5)晶胞内含有8个S，均为此晶胞所有，则此晶胞含有8个S；晶胞的8个顶点为Cu所占有，为8个晶胞所共有，面上有4个Cu，为2个晶胞所共有，还有1个Cu在晶胞内部，为此晶胞所共有，则此晶胞中一共含有个Cu；晶胞的4个棱上有Fe，为4个晶胞所共有，面上有6个Fe，为2个晶胞所共有，则此晶胞中一共含有个Fe；则此晶胞中Cu、Fe、S的个数比为4：4：8=1：1：2，则此化学式为CuFeS2；

晶胞的密度，可得。