Question

第四周期过渡元素如铁、锰、铜、锌等在太阳能电池、磁性材料等科技方面有广泛的应用，回答下列问题：

（1）在现代化学中，常利用______上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。

（2）写出 Cu²⁺的外围电子排布式__________；比较铁与锰的第三电离能(I3)：铁____锰(填“＞”、 “＝”或“＜”)，原因是________________。

（3）已知 [Zn(CN)₄]^2-与甲醛在水溶液中发生反应可生成一种新物质 HOCH₂CN，试判断新物质中碳原子的杂化方式___________；1mol[Zn(CN)₄]^2-中的 σ 键数为__________。

（4）如图是晶体 Fe₃O₄ 的晶胞，该晶体是一种磁性材料， 能导电。

①晶胞中二价铁离子处于氧离子围成的______(填空间结构)空隙。

②晶胞中氧离子的堆积方式与某金属晶体原子堆积方式相同，该堆积方式名称为________。

③解释 Fe₃O₄ 晶体能导电的原因_________________；若晶胞的体对角线长为 a nm，则 Fe₃O₄ 晶体的密度为________g·cm^－3(阿伏加德罗常数用 N_A 表示)。

Answer

原子光谱 3d9 小于 Mn2+、 Fe2+的价电子排布式分别为 3d5、 3d6， Mn2+处于 3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高， 所以第三电离能 Fe 小于 Mn sp3、 sp 8NA 正四面体 面心立方堆积 电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移

【解析】（1）在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析；（2）Cu是29号元素，电子排布式为：[Ar]3d104s1，Cu2+的外围电子排布式为3d9；Mn2+、 Fe2+的价电子排布式分别为 3d5、 3d6， Mn2+处于 3d5半满较稳定结构，再失去一个电子所需能量较高， 所以第三电离能 Fe 小于 Mn；（3）HOCH2CN其中与羟基（-OH）相连的一个碳为饱和碳原子，价层电子对=4+0=4，杂化轨道类型为sp3，另外一碳原子与氮原子形成碳氮三键，三键含有1个σ键和2个π键，价层电子对=2+=2，所以碳原子杂化轨道类型为sp；单键为σ键，双键含有1个σ键和1个π键，三键含有1个σ键和2个π键，[Zn(CN)4]2-中含有4个CN键、每个CN-与Zn形成一个σ键，故1mol[Zn(CN)4]2-中的 σ 键数为8NA；（4）①根据晶胞中离子的位置关系可知，晶胞中二价铁离子处于氧离子围成的正四面体空隙；②晶胞采用ABCABC重叠堆积方式，该堆积方式名称为面心立方堆积；③电子可在两种不同价态的铁离子间快速发生转移，故 Fe3O4 晶体能导电；根据晶胞均摊计算，晶胞中含有铁离子的个数为，亚铁离子的个数为1，氧离子的个数为，若晶胞的体对角线长为 a nm，设边长为xnm，面对角线为，则体对角线长= a nm，故x=，体积为x3=，质量为，故密度。