Question

【化学-选修3：物质结构与性质】
图甲所示为血红蛋白和肌红蛋白的活性部分--血红素的结构．

回答下列问题：
（1）血红素中含有C、H、O、N、Fe五种元素，C、H、N、O四种元素的电负性由小到大的顺序是

 

，写出基态Fe原子的价电子排布图

 

．
（2）血红素中两种N原子的杂化方式分别为

 

、

 

．在图乙的方框内用“→”标出Fe²⁺的配位键．（请考生自行在答题卡上先绘制图乙并在其上标出Fe²⁺的配位键）
（3）铁有δ、γ、α三种同素异形体，其对应的晶胞分别如下图所示，其中γ晶体晶胞中所含有的铁原子数为

 

，δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为

 

；
若Fe的原子半径为r，则在δ-Fe晶胞中用r表示出这种堆积模型的空间利用率为

 

．（列式表示，不需化简）
与δ-Fe 具有相同堆积方式的金属还有

 

（填元素符号）．

Answer 1

考点：元素电离能、电负性的含义及应用,原子核外电子排布,判断简单分子或离子的构型,晶胞的计算,原子轨道杂化方式及杂化类型判断

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）根据元素周期表电负性的递变规律比较电负性强弱；结合能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则书写电子排布图； 
（2）根据N原子的价电子排布式2s²2p³，若N原子形成3个共价键，则氮原子周围还有一对孤对电子，即此时无配位键，该氮原子为sp³杂化，如NH₃．若N原子形成4个共价键，则必有一个是配位键，若还存在双键（双键视为单键），则该氮原子为sp²杂化，如本题中的，若都为单键，则该氮原子为sp³杂化；
（3）利用均摊法计算晶胞的结构；

解答： 解：（1）同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大，则有电负性C＜N＜O，H的电负性最小，
故有：H＜C＜N＜O，基态Fe原子的核外价电子排布式为[Ar]3d⁶4S²，则基态Fe原子的核外价电子排布图为；
故答案为：H＜C＜N＜O；；
（2）根据N原子的价电子排布式2s²2p³，若N原子形成3个共价键，则氮原子周围还有一对孤对电子，即此时无配位键，该氮原子为sp³杂化，如NH₃．若N原子形成4个共价键，则必有一个是配位键，若还存在双键（双键视为单键），则该氮原子为sp²杂化，如本题中的，若都为单键，则该氮原子为sp³杂化，如NH₄⁺，
故答案为：sp²、sp³；；
（3）γ晶体晶胞中所含有的铁原子数为8×

1

8

+6×

1

2

=4，δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别为8、6，则配位数之比为8：6=4：3，δ晶胞为体心立方（堆积），体心立方中含有1+8×

1

8

=2；晶胞中铁原子的体积为：2×

4

3

×π×r3，体心立方中，体对角线上为三个铁原子相切，则体对角线为4r，晶胞边长为：

4

3

r=

4 3

3

r，晶胞体积为：(

4 3

3

r)3，空间利用率为：

2× 4 3 ×π×r3

( 4 3 r 3 )3

×100%，与Na、K、具有相同堆积方式，
故答案为：4；4：3；

2× 4 3 ×π×r3

( 4 3 r 3 )3

×100%；Na、K；

点评：本题考查较为综合，涉及电负性、电子排布图、配位键、杂化方式以及晶胞的计算等问题，题目难度较大，易错点为（3）．注意利用均摊法计算晶胞．