Question

【题目】铁、钴、镍的性质非常相似，它们的化合物应用十分广泛。回答下列问题：

（1）基态铁原子的价电子排布式为__________。铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是________。

（2）CoCl2溶于氨水并通入空气，可从溶液中结晶出橙黄色的[Co(NH3)6]Cl3晶体。该配合物中中心离子是_________，配体分子的价层电子对互斥模型________。

（3）铁、镍易与CO作用形成羰基配合物Fe(CO)5、Ni(CO)4，Fe(CO)5的熔点为253K，沸点为376K，则Ni(CO)4固体属于晶体____________，1mol Ni(CO)4含有的配位键数目为_______。

（4）NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78 pm，则熔点NiO__________FeO（填“＞”“＜”或“＝”），原因是_____________。

（5）Fe3O4晶体中，O2－的重复排列方式如图所示，该排列方式中存在着由如1、3、6、7的O2－围成的正四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2－围成的正八面体空隙。Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2－数之比为___________，有___________%的正八面体空隙没有填充阳离子。Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元，晶体密度为5.18g/cm3，则该晶胞参数a= _______________pm。（写出计算表达式）

Answer 1

【答案】 ）3d64s2 铁（或Fe） Co3+ 四面体形 分子 8NA ＞ 相同电荷的离子，半径越小，离子间的静电作用力越大，离子晶体的晶格能越大 2∶1 50%

【解析】（1）本题考查价电子、电子排布式，Fe原子位于第四周期VIII族，其价电子包括最外层电子和次外层d能级，铁原子价电子排布式为3d64s2；铁原子、钴原子、镍原子属于同一族，且最外层s能级上都有2个电子，d能级有5个原子轨道，最多容纳10个电子，铁原子未成对电子数为4，钴原子未成对电子数为3，镍原子未成对电子数为2，因此未成对电子数最多的是Fe；（2）考查配位化合物，Co3＋为配合物的中心离子，配体是NH3，中心原子为N，价层电子对数为3＋(5－3)/2=4，因此价层电子对互斥模型为四面体；（3）本题考查晶体的判断、配位键，Ni(CO)4熔沸点较低，符合分子晶体的特点，因此Ni(CO)4属于分子晶体，Ni和CO之间存在配位键，配位数为4，则1molNi(CO)4中Ni和CO中存在4mol配位键，CO和N2互为等电子体，C和O之间存在叁键，即存在1个配位键，因此1molNi(CO)4中存在配位键的个数为8NA；（4）考查离子晶体熔沸点高低的判断，离子晶体熔沸点与晶格能有关，晶格能越大，熔沸点越高，晶格能与离子所带电荷数和离子半径有关，NiO和FeO中离子所带电荷数相等，但Ni2＋的半径小于Fe2＋的半径，因此NiO的晶格能比FeO大，即NiO的熔点高于FeO；（5）本题考查晶胞，根据信息，此结构中含有8个正四面体，O2－位于顶点和面心，个数为8×1/8＋6×1/2=4，因此正四面体和O2－数之比为8：4=2：1；1、6、7、10能够成1/4的正八面体，即有12个1/4的正八面体，因此此结构中有4个正四面体，Fe3O4中有2个Fe3＋和1个Fe2＋，因此有两个正八面体没有被填充，即50%的正八面体空隙没有填充阳离子；一个这样的结构中有4个O2－，而Fe3O4晶胞中有8个图示结构单元组成，因此晶胞的质量为g，晶胞的体积为(a×10－10)3cm3，代入密度的表达式，求出a=。