Question

如图①所示为血红蛋白和肌红蛋白的活性部分--血红素的结构式．

回答下列问题：
（1）已知铁是26号元素，写出Fe的价层电子排布式

 

；在元素周期表中，该元素在

 

区（填“s”、“p”、“d”、“f”或“ds”）．
（2）血红素中含有C、H、O、N、Fe五种元素，C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是

 

； 血红素中N原子的杂化方式为

 

；请在如图②的方框内用“→”标出Fe²⁺的配位键 （如果考生选做此题，请自行将图②画在答题卡上）．
（3）Fe原子或离子能与一些分子或离子形成配合物．Fe（CO）₅是一种常见含Fe配合物，可代替四乙基铅作为汽油的抗爆震剂，其配体是CO分子．写出CO的一种常见等电子体分子的结构式

 

；两者相比较，沸点较高的是

 

（填分子式）．Fe（CO）₅在一定条件下发生分解反应：Fe（CO）₅（s）═Fe（s）+5CO（g）反应过程中，断裂的化学键只有配位键，形成的化学键类型是

 

．
（4）铁有α、γ、δ三种同素异形体，其晶胞如图所示，在三种晶体中最邻近的铁原子间距离相同．图2晶胞中所含有的铁原子数为

 

，图1和图3中，铁原子配位数之比为

 

．

Answer 1

考点：原子轨道杂化方式及杂化类型判断,元素电离能、电负性的含义及应用,化学键,配合物的成键情况,“等电子原理”的应用,晶胞的计算

专题：化学键与晶体结构

分析：（1）根据构造原理写出基态铁原子核外电子排布式，根据Fe在周期表中的位置判断；
（2）同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第五主族元素的第一电离能大于第六主族元素的；根据每个N原子含有的σ 键个数与孤电子对数之和判断其杂化方式；配位键由提供孤电子对的原子指向提供空轨道的原子；
（3）由等电子体定义可知CO的一种常见等电子体为氮气，CO为极性分子熔点高；断裂配位键后，配体变为CO，中心原子结合成金属晶体；
（4）利用均摊法计算γ晶体晶胞中所含有的铁原子数；先判断δ、α两种晶胞中铁原子的配位数，再计算其比值．

解答： 解：（1）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，根据构造原理其核外电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，则价层电子排布式为3d⁶4s²，Fe属于第VIII族元素，在周期表中属于d区元素，故答案为：3d⁶4s²；d；
（2）同一周期元素的第一电离能随着原子序数的增大而增大，但第五主族元素的第一电离能大于第六主族元素的，所以C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序是C、O、N；血红素中N原子有的含有3个σ 键和一个孤电子对，属于sp³杂化；有的含有3个σ 键，属于sp² 杂化方式；配位键由提供孤电子对的原子指向提供空轨道的原子，Fe²⁺的配位键为；
故答案为：C、O、N；sp² sp³；；
（3）CO的等电子体为氮气，氮气的结构式为N≡N，对于相对分子质量相等的分子晶体而言，极性分子沸点高，CO为极性分子，氮气为非极性分子，CO的沸点高；此配体的中心原子为金属原子，由于断裂的是中心原子和配体之间的配位键，所以断裂后配体形成CO，中心原子间形成金属键成为金属晶体；
故答案为：N≡N；CO；金属键；
（4）该晶胞中顶点上含有的原子数=

1

8

，面心上含有的原子数=

1

2

，所以一个晶胞中含有4个原子；δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别是8个和6个，所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比是4：3，故答案为：4；4：3．

点评：本题涉及的基态电子排布式、第一电离能的比较、配位键、晶胞的计算等，题目涉及的知识点较多，侧重于基础知识的应用的考查，难度中等，注意会运用均摊法计算晶胞中含有的原子个数，明确同一周期中元素的第一电离能的反常现象是解（2）题的关键．