Question

铁及铁的化合物在生产、生活中有广泛应用．请回答下列问题：
（1）基态Fe²⁺的最外层电子排布式为

 

．
（2）工业上常利用Fe²⁺与CN^-形成稳定Fe（CN）₆^4-（六氰合亚铁离子）的特点来处理含CN^-的工业废水．在CN^-中C原子的杂化方式为

 

，并写出CN^-的电子式

 

．
（3）三氯化铁易溶于水，也易溶于乙醚等有机溶剂．其在300℃以上易升华，在400℃时它的蒸气中有以配位键结合的双聚分子存在，其结构如图1所示．请判断三氯化铁的晶体类型为

 

，并将其结构式中配位键标出，绘制在答题卡中．
（4）应用于合成氨反应的催化剂（铁）的表面上存在氮原子，如图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图（图中小黑色球代表氮原子，灰色球代表铁原子）．则图示铁颗粒表面上氮原子与铁原子的个数比为

 

．
（5）当温度低于912℃时，铁以体心立方的α-Fe晶型存在；当温度介于912℃～1394℃之间时，铁以面心立方的γ-Fe晶型存在．已知α-Fe的密度为7.86g/cm³，则γ-Fe的密度为

 

g/cm³，铁的原子半径为

 

cm．（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值用N_A表示）．

Answer 1

考点：晶胞的计算,原子核外电子排布,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）Fe是26号元素，根据原子核外电子排布规律可知，Fe²⁺的基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外层电子排布式为3s²3p⁶3d⁶，据此答题；
（2）因为CN^-与N₂互为等电子体，据此可推知其电子式为：，并可判断碳原子的杂化方式；
（3）根据三氯化铁的性质可以判断其晶体类型，根据其结构式及氯原子满足八电子稳定结构，可画出配位键的位置；
（4）根据氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图可以看出，每个铁原子周围有2个氮原子，而每个氮原子周围有4个铁原子，据此答题；
（5）根据两种晶胞的空间利用率可以算出两种晶体的密度关系，根据密度=

质量

体积

，计算晶胞体积及连长，根据晶胞的边长和铁原子半径的关系计算铁原子半径．

解答： 解：（1）Fe是26号元素，根据原子核外电子排布规律可知，Fe²⁺的基态核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶，所以Fe²⁺的最外层电子排布式为3s²3p⁶3d⁶，
故答案为3s²3p⁶3d⁶；
（2）因为CN^-与N₂互为等电子体，据此可推知其电子式为：，并可判断碳原子的杂化方式为sp杂化；
（3）因为三氯化铁在300℃以上易升华，由此可以判断其晶体类型为分子晶体，根据其结构式及氯原子满足八电子稳定结构，可画出配位键的位置如图所示：，故答案为：分子晶体；  ；
（4）根据氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图可以看出，每个铁原子周围有2个氮原子，而每个氮原子周围有4个铁原子，所以对于某个氮原子来讲，属于这个氮原子的铁原子数为4×

1

2

=2，所以氮原子与铁原子的个数比为1：2，故答案为1：2；
（5）因为体心立方结构的空间利用率为74%，而面心立方结构的空间利用率为68%，所以γ-Fe与α-Fe的密度之比为：74%：68%，所以γ-Fe的密度为：

74%

68%

×7.86=8.55，在α-Fe的晶胞中因为是体心立方结构，所以含有铁原子数为1+8×

1

8

=2，根据密度=

质量

体积

，设晶胞连长为a，则有

2×56 NA

a3

=7.86，所以a=

3	2×56 7.86NA

，在体心立方结构中，立方体的体对角线的长度应等于铁原子半径的4倍，而体对角线的长度=

3

a，所以铁原子的半径为：

3

4

×

3	2×56 7.86NA

故答案为：8.55；

3

4

×

3	2×56 7.86NA

．

点评：本题主要考查核外电子排布、等电子体、配位键、晶胞密度的计算等知识点，有一定的综合性，中等难度，解题时要熟记金属晶体的晶胞结构．