Question

铁、钴、镍等金属及其化合物在科学研究和工业生产中应用十分广泛。回答下列问题：

（1）铁、钴、镍的基态原子核外未成对电子数最多的是_________。

（2）酞菁钴分子的结构简式如图所示，中心离子为钴离子，酞钴分子中与钴离子通过配位键结合的氮原子的编号是_______(填1、2、3、4)，三种非金属原子的电负性由大到小的顺序为_______(用相应的元素符号表示)；氮原子的杂化轨道类型为________。

 

（3）Fe(CO)_x常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)_x，晶体属于_______(填晶体类型)，若配合物Fe(CO)_x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x=________。

（4）NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠的相同，Ni²⁺和Fe²⁺的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO______FeO(填“>”“<”或“=”)，原因是_________。

（5）NiAs的晶胞结构如图所示：①镍离子的配位数为_________。

②若阿伏加德罗常数的值为N_A，晶体密度为pg·cm^-3，则该晶胞中最近的Ni²⁺之间的距离为________cm。(写出计算表达式)

Answer

铁 2、4 N>C>H sp2、sp3 分子晶体 5 > Ni2+、Fe2+的电荷相同，Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径，晶格能：NiO＞FeO，因此熔点NiO＞FeO 4 ×

【解析】

(1)未成对电子处于价电子中，铁、钴、镍的基态原子的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2，结合泡利原理与洪特规则判断；

(2)含有孤对电子的N原子与Co通过配位键结合，形成配位键后形成4对共用电子对，形成3对共用电子对的N原子形成普通的共价键；三种非金属原子为C、N、H，同周期自左而右电负性增大；根据分子中N原子形成的σ键个数和含有的孤对电子的数目，分析判断；

(3)根据Fe(CO)x的熔沸点比较低分析判断晶体类型；Fe原子价电子数为8，CO提供一对孤对电子，与Fe原子形成配位键，根据Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，列式计算x；

(4)离子晶体的熔点与晶格能大小有关，离子所带电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，熔点越高；

(5)①根据均摊法计算晶胞中Ni、As原子数目，由晶胞结构可知As原子配位数为4，结合晶胞中Ni、As元素数目之比计算Ni的配位数；

②首先计算晶胞的质量，再结合密度计算晶胞体积，进而计算晶胞棱长，最后根据面心与顶点上的Ni原子距离最近计算。

(1)铁、钴、镍的基态原子的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2，三种元素原子的核外未成对电子数分别为4、3、2，未成对电子数最多的是Fe，故答案为：Fe；

(2)有孤对电子的N原子与Co通过配位键结合，形成配位键后形成4对共用电子对，形成3对共用电子对的N原子形成普通的共价键，1号、3号N原子形成3对共用电子对为普通共价键，2号、4号N原子形成4对共用电子对，与Co通过配位键结合；酞菁钴中三种非金属原子为C、N、H，同周期自左而右电负性增大，非金属性越强电负性越大，故电负性N＞C＞H；分子中N原子有形成2个σ键，含有1对孤对电子，有形成3个σ键，没有孤对电子，杂化轨道数目均为3，N原子的杂化轨道类型为 sp2；有形成3个σ键，含有1对孤对电子，杂化轨道数目均为4，N原子的杂化轨道类型为 sp3，故答案为：2、4；N＞C＞H；sp2、sp3；

(3)配合物Fe(CO)x的熔沸点比较低，易溶于非极性溶剂，应属于分子晶体；Fe原子价电子数为8，CO提供一对孤对电子，与Fe原子形成配位键，则8+2x=18，解得x=5，故答案为：分子晶体；5；

(4)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，说明二者都是离子晶体，Ni2+、Fe2+的电荷相同，Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径，故晶格能：NiO＞FeO，所以熔点NiO＞FeO，故答案为：＞；Ni2+、Fe2+的电荷相同，Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径，故晶格能：NiO＞FeO，所以熔点NiO＞FeO；

(5)①晶胞中As原子数目为4，Ni原子数目=8×+6×=4，二者为1∶1，由晶胞结构可知As原子配位数为4，故Ni的配位数为4，故答案为：4；

②面心与顶点上的Ni原子距离最近，最近的Ni2+之间的距离为晶胞棱长的，晶胞质量=4×g=g，晶胞体积=g÷pg•cm-3=cm3，晶胞棱长=cm，故最近的Ni2+之间的距离=×cm，故答案为：×。