题目内容
【题目】铁、钴、镍具有相似的性质，在化学上称为铁系元素。回答下列问题：
（1）LiCoO2、 LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子核外电子排布式为_________，第四电离能I4(Co) _________I4(Fe)(填“>”或“<”)，PO43－的空间构型为_________。
（2）铁系元素能与CO形成Fe(CO)5、Ni(CO)4等金属羰基配合物。
与CO互为等电子体的分子和离子分别为_________和_________(各举一种，填化学式)；在CO分子中，键与π键数目之比为_________。
（3）铁与K2O、
(环戊二烯)在隔绝空气条件下共热可制得二茂铁[Fe(C5H5)2]。在环戊二烯中，C原子的杂化轨道类型为_________。二茂铁熔点为446K，不溶于水，易溶于乙醚、苯、乙醇等有机溶剂，373K即升华；从各种性质看，都表明它是典型的_________化合物。
（4）铁单质的堆积方式有两种，其剖面图分别如图a、b所示。
在图a所示堆积方式里铁原子的半径为rpm，则其晶胞棱长为_________cm。
在图b所示堆积方式里铁原子的总体积占晶体体积的比例为_________(用含圆周率π的代数式表示)
【答案】[Ar]3d74s2 < 正四面体 N2 CN- 1：2 sp2和sp3 共价 
π
【解析】
（1）Co为27号元素，原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2；
Co3+核外电子排布为不稳定结构3d4、较易失去电子，Fe3+核外电子排布为半满稳定结构3d5,较难失电子，由此比较第4电离能；
PO43-中P原子孤电子对数为0、σ键数目为4，由此确定空间构型；
(2)价电子数和原子数相等的粒子互为等电子体；CO与N2的构相似，σ键、π键数分别为1、2；
（3）在环戊二烯中有4个C原子为sp2杂化,1个C原子为sp3杂化；
二茂铁的熔点,溶解性情况包括能升华等性质与分子晶体相似；
（4）设a晶胞棱长为x,4rpm=
x，求出x；设b晶胞棱长为y，Fe原子半径为R,4R=
y，再结合球体积公式计算。
解:（1）Co为27号元素,其价电子排布为3d74s2,基态Co原子核外电子排布式为[Ar]3d74s2；
Co3+核外电子排布为不稳定结构3d4、较易失去电子，Fe3+核外电子排布为半满稳定结构3d5,较难失电子,故l4(C0)<l4(Fe)；
PO43-中P原子孤电子对数为0、δ键数目为4，故其空间构型为正四面体；
（2）与CO价电子数和原子数相等的分子有N2,离子有CN-,C22-等；CO与N2的构相似,σ键、π键数分别为1、2，σ键与π键数目之比为1：2；
（3）在环戊二烯中有4个C原子为sp2杂化,1个C原子为sp3杂化，二茂铁的熔点、溶解性情况包括能升华等性质，都表明它是典型的共价化合物；
(4)设a晶胞棱长为x,4rpm= x即x=
rpm=r×10-10cm，
设b晶胞棱长为y，Fe原子半径为R,4R= y，即R=
y，晶胞含有的原子数为(8×1/8+6×1/2)=4,原子总体积为
= πy3,铁原子的总体积占晶体体积的比例为 π。
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