Question

15．鐵與人類密切相關，幾乎無處不在，地殼中大約5%是鐵，是含量僅次于鋁的金屬．它的單質及化合物在科學研究和工業生產中具有許多用途．根據所學知識回答下列問題
（1）基態鐵原子的電子占據最高的能層的符號為N，與鐵同周期的所有副族元素的基態原子中，最外層電子數與鐵相同的元素有5種． 
（2）下列關于鐵的說法，正確的是AB（填選項字母） 
A．基態鐵原子的電子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p¹⁰3d²4s²肯定違反了泡利原理 
B．鐵屬于黑色金屬，在周期表中屬于d區元素 
C．鐵絲可用于焰色反應實驗時蘸取待測物，是由于鐵在光譜圖中無特征的譜線 
D．Fe能與CO形成配合物Fe（CO）₅，1 mol Fe（CO）${\;}_{{5}_{\;}}$中含有的δ鍵數是5N_A 
（3）某鐵的化合物結構簡式如圖所示 
①組成上述化合物各元素原子電負性由大到小的順序為O＞N＞C＞H＞Fe
②上述化合物中氮原子的雜化方式為sp²、sp³
③在上圖中用“→”標出亞鐵離子的配位鍵．
（4）類鹵素離子SCN^-可用于Fe³⁺的檢驗，其對應的酸有兩種，分別為硫氰酸（H-S-C≡N ）和異硫氰酸（H-N=C=S），這兩種酸中沸點較高的是異硫氰酸
（5）鐵單質的晶體在不同溫度下有兩種原子堆積方式，晶胞分別如圖A、B所示，若鐵原子的半徑是rcm，則這兩種晶體密度之比是$\frac{3\sqrt{6}}{8}$

Answer 1

分析 （1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，與鐵同周期的所有副族元素的基態原子中，最外層電子數與鐵相同的元素的3d軌道電子數為1、2、3、5、10；
（2）A．3p能級有3個軌道，最多容納6個電子；
B．黑色金屬包括鐵、鉻、錳，d區元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素；
C．鐵的焰色反應焰色反應發出的光不影響其它金屬火焰顏色；
D．Fe（CO）₅分子含有5個配位鍵，而CO分子中含有1個δ鍵；
（3）①非金屬性越強，元素的電負性越大；
②化合物中形成C=N雙鍵的N原子形成2個σ鍵，含有1對孤電子對，而形成單鍵的N原子，形成2個σ鍵，含有2對孤電子對，雜化軌道數目分別為3、4；
③C=N雙鍵的N原子有1對孤對電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個單位負電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵；
（4）異硫氰酸中 H-N 鍵極性強，分子間存在氫鍵，而硫氰酸分子間只存在分子間作用力；
（5）根據均攤法計算晶胞中Fe原子數目，可以計算晶胞質量之比，圖A體心立方密堆積，晶胞棱長長度為$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，圖B為面心立方密堆積，晶胞棱長長度為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，結合ρ=$\frac{m}{V}$計算．

解答 解：（1）Fe原子的電子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，電子占據最高的能層的符號為N，與鐵同周期的所有副族元素的基態原子中，最外層電子數與鐵相同的元素的3d軌道電子數為1、2、3、5、10，還有5種，
故答案為：N；5；
（2）A．3p能級有3個軌道，最多容納6個電子，選項中排列違反了泡利原理，故A正確；
B．黑色金屬包括鐵、鉻、錳，d區元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素，故B正確；
C．鐵的焰色反應焰色反應發出的光不影響其它金屬火焰顏色，故C錯誤
D．Fe（CO）₅分子含有5個配位鍵，而CO分子中含有1個δ鍵，1molFe（CO）₅中含有的δ鍵數是6N_A，故D錯誤，
故選：AB；
（3）①非金屬性越強，元素的電負性越大，則電負性O＞N＞C＞H＞Fe，故答案為：O＞N＞C＞H＞Fe；
②化合物中形成C=N雙鍵的N原子形成2個σ鍵，含有1對孤電子對，而形成單鍵的N原子，形成2個σ鍵，含有2對孤電子對，雜化軌道數目分別為3、4，N原子采取sp²、sp³雜化，
故答案為：sp²、sp³；
③C=N雙鍵的N原子有1對孤對電子與亞鐵離子之間形成配位鍵，另外N原子帶1個單位負電荷，與亞鐵離子之間形成離子鍵，標出亞鐵離子的配位鍵為，故答案為：；
（4）異硫氰酸中 H-N 鍵極性強，分子間存在氫鍵，而硫氰酸分子間只存在分子間作用力，所以異硫氰酸的沸點高于硫氰酸，
故答案為：異硫氰酸；
（5）圖A體心立方密堆積，晶胞中Fe原子數目為1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞棱長長度為$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，圖B為面心立方密堆積，晶胞中Fe原子數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞棱長長度為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，晶胞質量之比為2：4=1：2，則A、B兩種晶體密度之比是$\frac{1}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$：$\frac{2}{（2\sqrt{2r}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{6}}{8}$，
故答案為：$\frac{3\sqrt{6}}{8}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及核外電子排布、雜化方式、配合物、氫鍵、晶胞計算等，（3）中配位鍵判斷為易錯點，（5）中掌握均攤法進行晶胞計算，需要學生具備一定的數學計算能力．