Question

【题目】铁系元素是人体必需的微量元素， Fe3+可以与KSCN溶液、苯酚等发生显色作用。镁元素也是人体所必需的阳离子元素之一，它能够维持核酸结构的稳定性，调节机体免疫功能，对人体抵抗新冠病毒等病毒侵袭起着重要作用。

(1)与SCN互为等电子体且为非极性分子的化学式为__________(任写一种)。

(2)普鲁士蓝俗称铁蓝，晶胞如图甲所示(K+未画出)，平均每两个晶胞立方体中含有一个K+，又知该晶体中铁元素有+2价和+3价两种，则Fe3+与Fe2+的个数比为___________。

(3)血红素铁(图乙)用作铁强化剂，其吸收率比一般铁剂高3倍，在图乙中画出Fe2+与N原子间的化学键(若是配位键，需要用箭头加以表示)_____________

(4)某种磁性氮化铁的结构如图2所示，Fe为____________堆积，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中，空隙的占有率为，则该化合物的化学式为___________。 其中铁原子最近的铁原子的个数为________；氮化铁晶胞底边长为a nm，高为c nm，则这种磁性氮化铁的晶体密度为______ g·cm-3 (用含a、c和NA的计算式表示)。

Answer 1

【答案】CO2 (或CS2、BeCl2) 1：1 六方最密 Fe3N 12

【解析】

根据同族替换和等量代换原则找等电子体。根据均摊法和电荷守恒确定晶体的化学式。根据N原子的电子层结构和成键特点分析其在配合物中的成键情况。根据原子的空间排列特点分析其堆积方式，根据均摊法确定晶体的化学式，进一步根据晶胞的质量和体积求其密度。

(1) SCN由3个原子组成，其价电子总数为16，根据同族替换和等量代换原则，可以找到多种等电子体，其中与SCN互为等电子体且为非极性分子有CO2 、CS2或BeCl2等。

(2)由普鲁士蓝的晶胞结构示意图及量中说明可知，Fe原子位于晶胞的顶点，CN-位于棱边，平均每两个晶胞立方体中含有一个K+，平均每个晶胞中占有1个Fe原子、3个CN-，K+、Fe原子、CN-的个数比为1:2:6，又知该晶体中铁元素有+2价和+3价两种，根据电荷守恒可知，1+3N(Fe3+)+2N(Fe2+)=6，N为正整数，则N(Fe3+)=N(Fe2+)=1，Fe3+与Fe2+的个数比为1:1。

(3)由血红素铁结构示意图可知，由于N原子最外层有5个电子，每个N原子必须形成3个σ键，因此，其中只有2个形成双键的N原子可以作为配位原子形成配位键，另外2个N原子与Fe形成σ键，所以， Fe2+与N原子间的化学键可以表示为 。

(4)根据磁性氮化铁的结构示意图可知，Fe位于正六棱柱的12个顶点和2个面心及体内，其配位数为12，呈ABABAB形密置排列，故其为六方最密堆积。在该晶胞中平均占有的Fe原子数为(12+2+3)=6；N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中，空隙的占有率为，由图可知，晶胞中有2个N原子，则Fe与N的原子个数比为3:1，所以该化合物的化学式为Fe3N。因为Fe原子的排列方式为六方最密堆积，所以距离铁原子最近的铁原子的个数为12；氮化铁晶胞底边长为a nm，高为c nm，晶胞底面为正六边形，其面积为6=，则晶胞的体积为，晶胞的质量为，则这种磁性氮化铁的晶体密度为g·cm-3。