Question

铁的单质及化合物在研究和生产中有多种用途。根据所学知识回答下列问题：

（1）Fe³⁺价电子排布式为______________，并解释Fe²⁺还原性强的原因_______________。

（2）类卤素离子SCN^-是检验Fe³⁺的试剂之一，与SCN^-互为等电子体的一种物质的分子式  为_____________。

（3）①已知 Fe₃C 的晶胞结构中碳原子的配位数为6，与碳原子紧邻的铁原子组成的空间构型为____________________，铁原子的配位数是___________。

②铁的某种化合物结构简式如图1所示，组成上述化合物中的第二周期元素原子的电负性由大到小的顺序为_________________________，上述化合物中氮原子的杂化方式为_____________，在图1中用“→”标出Fe元素周围的配位键_____。

（4）铁单质的堆积方式有以下两种，其剖面图分别如图2 a、b 所示。其中属于面心立方最密堆积的是_______（填“a”或“b”），此晶体中原子的总体积占晶体体积的比例为____________________（用含圆周率π的代数式表示）。

Answer

3d5 Fe2+价电子排布为3d6，失去1个电子变成Fe3+的3d5稳定结构； CS2或CO2或N2O 正八面体 2 O>N>C sp2、sp3 b

【解析】

根据核外电子排布情况，全满、半满的稳定结构分析解答；根据等电子体原理分析解答；根据晶胞中原子个数比及配位原子的概念分析解答；根据化学键的类型及轨道杂化理论分析解答；根据晶胞的结构及金属晶体中原子的堆积方式分析解答。

（1）Fe是26号元素，原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子先失去4s能级2个电子、再失去3d能级1个电子形成Fe3+，Fe3+价电子排布式为：3d5；Fe3+价电子排布处于半充满稳定状态，而Fe2+价电子排布为3d6，失去1个电子变成Fe3+的3d5稳定结构，故Fe2+还原性强；故答案为：3d5；Fe2+价电子排布为3d6，失去1个电子变成Fe3+的3d5稳定结构；

（2）与SCN−互为等电子体的一种物质，可以用S替换N原子与1个单位负电荷，它的等电子体为：CS2，进一步用O原子替换S原子得到等电子体CO2，2个N原子替换1个C原子、1个O原子得到等电子体N2O，等等，故答案为：CS2或CO2或N2O；

（3）①Fe3C的晶胞结构中碳原子的配位数为6，与碳原子紧邻的铁原子，以C原子为原点建立三维坐标系，Fe原子位于坐标轴上且关于原点（碳原子）对称，6个Fe形成的空间结构为正八面体，故C原子的配位数为6，配位数之比等于相应原子数目反比，则Fe原子配位数为6×1÷3=2，故答案为：正八面体；2；

②同周期主族元素从左向右电负性逐渐增大，故电负性大小为O>N>C；化合物中形成C＝N双键的N原子形成2个σ键，含有1对孤电子对，而形成单键的N原子，形成2个σ键，含有2对孤电子对，杂化轨道数目分别为3、4，N原子采取sp2、sp3杂化；形成8电子稳定结构时，N原子形成3个共价键，微粒中N原子形成4个键，其中1个是N原子与亚铁离子形成的配位键，标出配位键为：，故答案为：O>N>C；sp2、sp3；；

（4）面心立方最密堆积中原子处于晶胞的顶点与面心，图a中Fe原子处于顶点与体心，是体心立方堆积，图b中Fe原子处于顶点与面心，属于面心立方最密堆积；面心立方最密堆积中处于晶胞面对角线上Fe原子紧密相邻，设Fe原子半径为r，则晶胞棱长＝4r×=，晶胞体积＝，晶胞中Fe原子数目＝8× +6×=4，晶胞中Fe原子总体积＝4×3πr3，晶胞中原子的总体积占晶体体积的比例为：，故答案为：b；。