题目内容

16.铁和铜都是生产、生活中应用广泛的金属,能形成很多种合金和化合物,请回答:
(1)基态Cu+的价层电子排布图为3d10,基态Fe3+中有23种运动状态不同的电子;
(2)铁单质能形成Fe(CO)5,其熔点为-21℃,沸点为102.8℃,则Fe(CO)5晶体的类型为分子晶体,其σ键与π键的数目之比为3:1,与CO互为等电子体的离子符号为CN-(任写一种);
(3)铜元素的焰色反应呈绿色,很多金属元素能发生焰色反应的微观原因为电子跃迁释放的光能,使灼烧时火焰呈现特殊的颜色;
(4)[Cu(NH3)4]SO4中,所含基态非金属原子的第一电离能由小到大的顺序为H<S<O<N,阴离子的空间构型为正四面体形,其中心原子的杂化轨道类型为sp3;
(5)铁单质的一种晶体的堆积模型为体心立方堆积,晶胞参数为a pm;铜单质的一种晶体的堆积模型为面心立方最密堆积,晶胞参数为b pm,则两种晶体中,铁原子和铜原子的配位数之比为2:3,晶体的密度之比为7b3:16a3(用代数式表示).

分析 (1)核外有13个电子,则有13种不同运动状态,据此书写价层电子排布;核外有多少个个电子,则有多少种不同运动状态;
(2)分子晶体的熔沸点较低;Fe(CO)5中含有6个σ键和2个π键;等电子体中原子数和价电子数都相同;
(3)电子跃迁释放的光能,使灼烧时火焰呈现特殊的颜色;
(4)同一周期,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第IIA族和第VA族元素大于其相邻元素第一电离能,同一主族元素,元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小;SO42-中S原子的价层电子数为4,则其杂化轨道类型为sp3,SO42-的空间构型为正四面体形;中心原子为Cu的价层电子数为4,则其杂化轨道类型为sp3;
(5)体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子,面心立方晶胞中每个Cu原子周围有12个Fe原子,故两者配位数之比为8:12=2:3;体心立方晶胞边长为apm,体积V=a3,含有Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+1=2,故a3ρ(体心)=2×$\frac{56}{NA}$,面心立方晶胞边长为bpm,体积V=b3,含有Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,故b3ρ(面心)=4×$\frac{64}{NA}$,故ρ(体心):ρ(面心)=7b3:16a3,据此进行分析.

解答 解:(1)Cu的核外电子数为29,则Cu+的核外电子数为28,价层电子数为10,故价层电子排布图为3d10;铁元素的原子序数为26,基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5,则其含有23种运动状态不同的电子,
故答案为:3d10;23;
(2)铁的另一种配合物Fe(CO)5熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于CCl4,根据分子晶体的物理性质:分子晶体熔沸点低,易溶于有机溶剂,所以属于分子晶体;Fe(CO)5中含有6个σ键和2个π键,故σ键与π键的数目之比为3:1;N2、CN-、CO的原子数都是2,价电子数都是10,则互为等电子体,
故答案为:分子晶体;3:1;CN-;
(3)铜元素的焰色反应呈绿色,很多金属元素能发生焰色反应的微观原因为:电子跃迁释放的光能,使灼烧时火焰呈现特殊的颜色,
故答案为:电子跃迁释放的光能,使灼烧时火焰呈现特殊的颜色;
(4)同一周期,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第IIA族和第VA族元素大于其相邻元素第一电离能,同一主族元素,元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小,所以非金属元素H、O、S、N的第一电离能由大到小的顺序是H<S<O<N,SO42-中S原子的价层电子数为4,则其杂化轨道类型为sp3,SO42-的空间构型为正四面体形;中心原子为Cu的价层电子数为4,则其杂化轨道类型为sp3,
故答案为:H<S<O<N;正四面体形;sp3;
(5)体心立方晶胞中每个Fe原子周围有8个Fe原子,面心立方晶胞中每个Cu原子周围有12个Fe原子,故两者配位数之比为8:12=2:3;体心立方晶胞边长为apm,体积V=a3,含有Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+1=2,故a3ρ(体心)=2×$\frac{56}{NA}$,面心立方晶胞边长为bpm,体积V=b3,含有Cu原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4,故b3ρ(面心)=4×$\frac{64}{NA}$,故ρ(体心):ρ(面心)=7b3:16a3,
故答案为:2;3;7b3:16a3.

点评 本题是对物质结构的考查,涉及核外电子排布、电离能、等电子体、杂化方式、晶胞计算等,注意理解均摊法进行晶胞有关计算,理解同周期第一电离能异常情况,难度中等.

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