Question

11．随着石油资源的日趋紧张．天然气资源的开发利用受到越来越多的关注，以天然气（主要成分是CH₄）为原料经合成气（主要成分CO、H₂）制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线．而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe（CO）₅]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒．
请问答下列问题：
（1）[Fe（CO）₅]中铁的化合价为0．写出铁原子的基态价电子排布式：3d⁶4s²．
（2）与CO互为等电子体的分子和离子分别为N₂和CN^-（各举一种即可，填化学式），CO分子的结构式可表示成C≡O，该分子中含1个σ键2个π键．
（3）在CH₄、CO、CH₃OH中，碳原子采取sp³杂化的分子有CH₄、CH₃OH，CH₃OH的熔、沸点比CH₄的熔、沸点比高，其主要原因是CH₃OH分子之间形成氢键，且为极性分子．
（4）CH₃CHO分子中，-CH₃中的碳原子采用sp³杂化方式，-CHO中的碳原子采用sp²杂化方式．

Answer 1

分析 （1）[Fe（CO）₅]中铁原子与CO形成配位键；Fe的原子核外电子数为26，根据能量最低原理书写价电子排布式；
（2）原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，等电子体的结构相似；
（3）碳原子采取sp³杂化，则分子中C原子杂化轨道数目为4，杂化轨道数目=σ键数+孤电子对数；CH₃OH分子之间形成氢键，熔沸点高于甲烷的；
（4）CH₃CHO分子中C原子均没有孤对电子，-CH₃中的碳原子杂化轨道数目为4、-CHO中的碳原子杂化轨道数目为3．

解答 解：（1）[Fe（CO）₅]中铁原子与CO形成配位键，Fe元素化合价为0价，Fe的原子核外电子数为26，基态电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，价电子排布式为：3d⁶4s²，
故答案为：0；3d⁶4s²；
（2）原子数目相等、价电子总数也相等的微粒互为等电子体，与CO互为等电子体的分子、离子分别为N₂、CN^-，
等电子体的结构相似，则CO与氮气分子结构相似，结构式为C≡O，该分子中含1个σ键、2个π键，．
故答案为：N₂；CN^-；C≡O；1；2；
（3）在CH₄、CO、CH₃OH三种物质中甲烷、甲醇中C原子杂化轨道数目为4，碳原子采取sp³杂化，CH₃OH分子之间形成氢键，且为极性分子，则熔沸点高于甲烷的，
故答案为：CH₄、CH₃OH；CH₃OH分子之间形成氢键，且为极性分子；
（4）CH₃CHO分子中C原子均没有孤对电子，-CH₃中的碳原子杂化轨道数目为4、-CHO中的碳原子杂化轨道数目为3，分别采取sp³杂化、sp²杂化，
故答案为：sp³；sp²．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、等电子体、化学键、分子结构与性质、杂化方式判断等，注意氢键对物质性质的影响．