Question

[化学-选修3：物质结构与性质]

铁铜是人类最早大规模使用的金属，它们的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途。请回答以下问题：

（1）铁元素在周期表中的位置是________，铜的基态原子核外电子排布式为__________，元素铁与铜的第二电离能分别为：I_Cu="1958" kJ·mol^-1、I_Fe="1561" kJ·mol^-1，I_Cu比I_Fe大得多的原因是_______。

（2）二茂铁[Fe(C₅H₅)₂]，橙色晶型固体，有类似樟脑的气味，抗磁性。熔点172.5～173℃，100℃以上升华，沸点249℃。据此判断二茂铁晶体类型为______________。

（3）蓝矾（CuSO₄·5H₂O）的结构如下图所示:

图中虚线表示_____________，SO₄^2-的立体构型是__________，其中S原子的杂化轨道类型是___________；O原子的价电子排布图为__________________。

（4）铁有δ、γ、α三种同素异形体，下图是它们的晶体结构图，三种晶体中铁原子周围距离最近的铁原子个数之比为___________。

（5）某种具有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，该晶体中原子之间的作用力是_______________。氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与 CaF₂的结构（晶胞结构如右图）相似，该晶体储氢后的化学式为______________。

Answer

4周期VIII族 [Ar]3d104s1 铜失去的是全充满的3d10电子，而铁失去的3d6电子 分子晶体 氢键 正四面体 sp3 4：6：3 金属键 Cu3AuH8

【解析】

（1）Fe是26号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s22p63d64s2；Cu是29号元素，处于第四周期第IB族，结合核外电子排布规律书写；

（2）二茂铁的熔沸点比较低，符合分子晶体性质；

（3）图中虚线表示O与H之间形成的氢键；SO42-的中心原子S原子孤电子对数==0，价层电子对数=4，微粒空间构型与VSEPR模型相同；NO3-中N原子杂化轨道数目=3+=3；O原子的价电子排布式为2s22p4，结合泡利原理、洪特规则画出排布图；

（4）δ、γ、α三种同素异形体晶胞分别为体心立方堆积、面心立方最密堆积、简单立方堆积，由晶胞结构可知原子配位数分别为8、12、6；

（5）晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中，晶胞中这样的四面体有8个；若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与 CaF2的结构，则储氢后的晶胞结构中有8个H原子，均摊法计算晶胞中Cu、Au原子数目，确定化学式。

（1）铁26号元素，位于周期表中第四周期第Ⅷ族，铜位于第四周期第IB族元素，即基态原子核外电子排布式为：[Ar]3d104s1，铁元素基态原子核外电子排布式为：[Ar]3d64s2，铜原子失去一个电子后d能级全充满，而铁原子失去第一个电子后，d能级是3d6，根据洪特规则，全充满、半满、全空电子稳定，因此铜原子的第二电离能大于铁的原子第二电离能；

（2）熔点172.5～173℃，100℃以上升华，沸点249℃，这是分子晶体的特点，即二茂铁属于分子晶体；

(3)氧原子应形成二个共价键达到8电子稳定结构，因此图中虚线为氢键，SO42－中S有4个σ键，孤电子对数是=0，因此价层电子对数为4，空间结构是正四面体，杂化轨道数等于价层电子对数=4，即杂化类型为sp3；O原子价电子是最外层电子，即2s22p4，价电子排布图是：；

（4）第一个晶胞：距离铁原子最近的是对角线上的铁原子，因此最近的有8个，第二个晶胞：最近的面对角线上的铁原子，应有12个，第三个晶胞：最近的有6个，因此比值为8：12：6=4：6：3；

(5)两种原子都是金属原子，因此存在的作用力是金属键，根据晶胞的均摊法，Cu位于面心，晶胞中铜原子的个数为6×=3，Au位于顶点，个数为8×=1，Cu和Au构成8个四面体，填充8个氢原子，8个氢原子位于晶胞内部，因此化学式为：Cu3AuH8。