Question

7．铁元素不仅可以与SCN^-、CN^-等离子形成配合物，还可以与CO、NO等分子以及许多有机试剂形成配合物．回答下列问题：
（1）基态铁原子有4个未成对电子；
（2）CN^-有毒，含CN-的工业废水必须处理，用TiO₂作光催化剂可将废水中的CN^-转化为OCN^-，并最终氧化为N₂、CO₂
①C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C；
②1molFe（CN）₃^2-中含有e键的数目为6N_A；
③铁与CO形成的配合物Fe（CO）₃的熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于CCl₄，据此可以判断Fe（CO）₃晶体属于分子晶体（填晶体类型）
（3）乙二胺四乙酸能和Fe²⁺形成稳定的水溶性配合物乙二胺四乙酸铁钠，原理如图1：
①乙二胺四乙酸中碳原子的杂化轨道类型是分子晶体；
②乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₂]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多，原因是乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（4）铁铝合金的一种晶体属于面心立方结构，其晶胞可看成由8个小体心立方结构堆砌而成，小立方体如图2所示，则该合金的化学式为AlFe₃，已知小立方体边长为acm，此铁铝合金的密度为$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$k•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）依据基态铁原子的核外电子排布判断未成对电子；
（2）①同周期第一电离能自左而右具有增大趋势，所以第一电离能O＞C．由于氮元素原子2p能级有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素；
②1molFe（CN）₃^2-中CN含有C、N三键，其中1个是σ键，N原子有孤对电子，铁原子有空轨道，所以每个CN-与铁离子形成3个配位键，所以共用6个σ键，1molFe（CN）₃^2-中含有σ键数为6mol；
③依据Fe（CO）₃的熔沸点低，且易溶于四氯化碳判断晶体类型；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子为-CH₂-，-COOH，前者碳原子以单键连接4个原子为四面体结构，为sp³杂化，-COOH中碳原子含有1个双键，为sp2杂化；
②氢键的存在能够显著提高物质的熔沸点；
（4）依据铁铝合金晶胞结构铝原子的数目为4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；铁原子数目为1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以铝原子与铁原子个数之比为1：3；
计算一个晶胞的质量m，计算晶胞的体积V，依据ρ=$\frac{m}{V}$计算其密度．

解答 解：（1）基态铁原子的核外电子排布为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，3d⁶中，最多容纳10个电子，现在有6个，先占据单个的，所以只有2个成对，还有4个未成对，
故答案为：4；
（2）①同周期第一电离能自左而右具有增大趋势，所以第一电离能O＞C．由于氮元素原子2p能级有3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能大于相邻元素，所以C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N＞O＞C；
故答案为：N＞O＞C；
②1molFe（CN）₃^2-中CN含有C、N三键，其中1个是σ键，N原子有孤对电子，铁原子有空轨道，所以每个CN-与铁离子形成1个配位键，所以共有3个σ键，1molFe（CN）₃^2-中含有σ键数为6mol，个数为：6N_A；
故答案为：6N_A；
③Fe（CO）₃的熔沸点低，且易溶于四氯化碳，依据分子晶体熔沸点低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₃为分子晶体；
故答案为：分子晶体；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子为-CH₂-，-COOH，前者碳原子以单键连接4个原子为四面体结构，为sp³杂化，-COOH中碳原子含有1个双键，为sp²杂化；
故答案为：sp²、sp³；
②乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键，所以乙二胺（H₂NCH₃CH₂NH₃）和三甲胺[N（CH₃）₂]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高得多；
故答案为：乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键；
（4）依据铁铝合金晶胞结构铝原子的数目为4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；铁原子数目为1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以铝原子与铁原子个数之比为1：3，该铁铝合金的化学式为：AlFe₃；一个小立方体质量为$\frac{27}{2×6.02×10{\;}^{23}}$g+$\frac{56×3}{2×6.02×1023}$g=$\frac{195}{2×{N}_{A}}$g，所以其密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3；
故答案为：AlFe₃；$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题为结构体，考查了电子的排布、电离能大小的判断、杂化方式的判断、晶胞的相关技术，题目综合性强，难度大，明确晶胞结构是解题关键．