Question

10．鐵元素不僅可以與SCN^-、CN^-等離子形成配合物，還可以與CO、NO等分子以及許多有機試劑形成配合物．回答下列問題：

（1）基態鐵原子有4個未成對電子，Fe²⁺的電子排布式為1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ，常用SCN^-檢驗Fe²⁺，二者可按n：1（n=1～5）的個數比形成血紅色配合物，該配合物的化學式用通式表示為[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
（2）CN^-有毒，含CN^-的工業廢水必須處理，用TiO₂作光催化劑可將廢水中的CN^-轉化為OCN^-，并最終氧化為N₂、CO₂
①C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C
②與CN^-互為等電子體的一種分子為CO（填化學式）1molFe（CN）₃^2-中含有e鍵的數目為6N_A
③鐵與CO形成的配合物Fe（CO）₃的熔點為-20.5℃，沸點為103℃，易溶于CCl₄，據此可以判斷Fe（CO）₃晶體屬于分子晶體（填晶體類型）
（3）乙二胺四乙酸能和Fe²⁺形成穩定的水溶性配合物乙二胺四乙酸鐵鈉，原理如下：
①乙二胺四乙酸中碳原子的雜化軌道類型是SP²、SP³
②乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₂]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高得多，原因是乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵
（4）鐵鋁合金的一種晶體屬于面心立方結構，其晶胞可看成由8個小沐星立方結構堆磅而成，小立方體如圖所示，則該合金的化學式為AlFe₃，已知小立方體邊長為0.289mm，此鐵鋁合金的密度為6.71k•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）依據基態鐵原子的核外電子排布判斷未成對電子；鐵原子失去最外層電子生成亞鐵離子；依據化合價代數和為0寫成硫氰合鐵配合物的通式；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能大于相鄰元素；
②價電子數和原子數（氫等輕原子不計在內）相同的分子、離子或原子團；1molFe（CN）₃^2-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個CN-與鐵離子形成3個配位鍵，所以共用6個σ鍵，1molFe（CN）₃^2-中含有σ鍵數為6mol；
③依據Fe（CO）₃的熔沸點低，且易溶于四氯化碳判斷晶體類型；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結構，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp2雜化；
②氫鍵的存在能夠顯著提高物質的熔沸點；
（4）依據鐵鋁合金晶胞結構鋁原子的數目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數之比為1：3；
計算一個晶胞的質量m，計算晶胞的體積V，依據ρ=$\frac{m}{V}$計算其密度．

解答 解：（1）基態鐵原子的核外電子排布為：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²，3d⁶中，最多容納10個電子，現在有6個，先占據單個的，所以只有2個成對，還有4個未成對；
鐵原子失去兩個電子變為二價鐵離子，其電子排布為：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；
依據化合價代數和為0可知：硫氰合鐵通式為：[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
故答案為：4；1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ ；：[Fe（SCN）_n]^（3-n）+；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩定狀態，能量較低，第一電離能大于相鄰元素，所以C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C；
故答案為：N＞O＞C；
②與CN^-互為等電子體的一種分子中有2個原子且價電子數為10，可以是CO；
1molFe（CN）₆^3-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個CN-與鐵離子形成6個配位鍵，所以共用12個σ鍵，1molFe（CN）₃^2-中含有σ鍵數為12mol，個數為：12N_A；
故答案為：CO；12N_A；
③Fe（CO）₃的熔沸點低，且易溶于四氯化碳，依據分子晶體熔沸點低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₃為分子晶體；
故答案為：分子晶體；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結構，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp²雜化；
故答案為：sp²、sp³；
②乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵，所以乙二胺（H₂NCH₃CH₂NH₃）和三甲胺[N（CH₃）₂]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高得多；
故答案為：乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵；
（4）依據鐵鋁合金晶胞結構鋁原子的數目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數之比為1：3，該鐵鋁合金的化學式為：AlFe₃；
一個小立方體質量為$\frac{27}{2×6.02×1{0}^{23}}$+$\frac{56×3}{2×6.02×1{0}^{23}}$=161.96×10^-23g；
所以其密度=$\frac{m}{V}$═$\frac{161.96×1{0}^{-23}g}{0.0289×0.0289×0.0289c{m}^{3}}$=6.71g/cm³；
故答案為：AlFe₃；6.71；

點評 本題為結構體，考查了電子的排布、電離能大小的判斷、雜化方式的判斷、晶胞的相關技術，題目綜合性強，難度大，明確晶胞結構是解題關鍵．