Question

8．過渡金屬元素鈦能形成多種化合物，如：K₃[Fe（SCN）₆][硫氰合鐵（Ⅲ）]和Fe（CO）_x等．
（1）①基態Fe³⁺的M層電子排布式為3s²3p⁶3d⁵．
②請解釋+3價鐵的化合物較+2價鐵的化合物穩定的原因+3價鐵3d軌道有5個電子，處于半充滿狀態較穩定．
③對使用含鐵配合物檢驗Fe²⁺離子的離子方程式3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子價電子數與配體提供電子數之和為18，則x=5．
（3）FeBr₂為只含有離子鍵的離子化合物，其晶胞結構如圖a，距一個Fe²⁺離子最近的所有Br^-離子為頂點構成的幾何體為立方體．
（4）另一種金屬單質晶體中原子的堆積方式如下圖甲所示，其晶胞特征如下圖乙所示，原子之間相互位置關系的平面圖如下圖中丙所示．
   若已知該原子半徑為d，NA代表阿伏加德羅常數，原子的相對原子質量為M，請回答：
   ①晶胞中金屬原子的配位數為12． 
   ②該晶體的密度為$\frac{\sqrt{2}M}{8p9vv5xb5^{3}{N}_{A}}$．（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）①Fe原子核外電子數為26，原子形成陽離子先按能層高低失去電子，能層越高的電子越容易失去，同一能層中按能級高低失去電子，能級越高越容易失去；
②因為+3價鐵3d軌道有5個電子，處于半充滿的穩定結構，而+2價鐵3d軌道有6個電子，不是半充滿的穩定結構；
③用K₃[Fe（CN）₆]檢驗Fe²⁺離子，反應生成鐵氰化亞鐵藍色沉淀；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價電子數是8，每個配體提供的電子數是2，據此判斷x值；
（3）晶胞中小黑色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球數目為8，則小黑色球為Fe²⁺、大黑色球為Br^-，以上面面心的Fe²⁺研究，與之最近的Br^-有8個，位于上面所在2個晶胞中；
（4）①該金屬屬于面心立方堆積，以頂點原子研究，與之相鄰的原子位于面心，每個頂點原子為12面共用；
②由均攤法可知，晶胞中金屬原子數目為4，據此計算晶胞質量，該原子半徑為d，面上對角線3個原子相鄰，則晶胞棱長為2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$d，進而計算晶胞體積，再根據ρ=$\frac{m}{V}$計算晶體體積．

解答 解：（1）①Fe原子核外有26個電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，Fe原子失去4s能級2個電子、3d能級1個電子形成Fe³⁺，Fe³⁺電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵ ，則M層電子排布式為：3s²3p⁶3d⁵，
故答案為：3s²3p⁶3d⁵；
②因為+3價鐵3d軌道有5個電子，處于半充滿的穩定結構，能量較低，而+2價鐵3d軌道有6個電子，不是半充滿的穩定結構，所以+3價鐵的化合物較+2價鐵的化合物穩定，
故答案為：+3價鐵3d軌道有5個電子，處于半充滿狀態較穩定；
③用K₃[Fe（CN）₆]檢驗Fe²⁺離子，反應生成鐵氰化亞鐵藍色沉淀，反應離子方程式為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，
故答案為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價電子數是8，每個配體提供的電子數是2，則8+2x=18，解得x=5，
故答案為：5；
（3）晶胞中小黑色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球數目為8，則小黑色球為Fe²⁺、大黑色球為Br^-，以上面面心的Fe²⁺研究，與之最近的Br^-有8個，位于上面所在上、下2個晶胞中，8個Br^-離子為頂點構成的幾何體是立方體，
故答案為：立方體；
①該金屬屬于面心立方堆積，以頂點原子研究，與之相鄰的原子位于面心，每個頂點原子為12面共用，故金屬原子的配位數為12，
故答案為：12；
②由金屬晶胞結構可知，晶胞中金屬原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$，該原子半徑為d，面上對角線3個原子相鄰，則晶胞棱長為4d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$d，故晶胞體積（2$\sqrt{2}$d）³，則該晶體的密度為 4×$\frac{M}{{N}_{A}}$÷（2$\sqrt{2}$d）³=$\frac{\sqrt{2}M}{8p9vv5xb5^{3}{N}_{A}}$，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}M}{8p9vv5xb5^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、配合物、晶胞結構與計算、亞鐵離子檢驗等，（1）中亞鐵離子檢驗為易錯點，只在電化學防護科學探究中出現，難度中等．