Question

铁被誉为“第一金属”，铁及其化合物在生活中有广泛应用。

(1)基态Fe³⁺的电子排布式为_________________。

(2)实验室用KSCN溶液、苯酚()检验Fe³⁺。N、O、S的第一电离能由大到小的顺序为______(用元素符号表示)，苯酚中碳原子的杂化轨道类型为_______。

(3)FeCl₃的熔点为306℃，沸点为315℃。FeCl₃的晶体类型是________。FeSO₄常作补铁剂，SO₄^2-的立体构型是__________。

(4)羰基铁[Fe(CO)₅]可用作催化剂、汽油抗暴剂等。1 mol Fe(CO)₅分子中含________molσ键，与CO互为等电子体的离子是__________(填化学式，写一种)。

(5)氮化铁晶体的晶体结构示意图如图1所示。该晶体中铁、氮的微粒个数之比为_____。

(6)氧化亚铁晶体的晶胞如图2所示。已知：氧化亚铁晶体的密度为ρg·cm^-3，N_A代表阿伏加德罗常数的值。在该晶胞中，与Fe²⁺紧邻且等距离的Fe²⁺数目为_____；Fe²⁺与O^2-的最短核间距为___________pm。

Answer

1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5 N>O>S sp2 分子晶体 正四面体形 10 CN-或C22- 3:1 12 ×1010

【解析】

（1）铁为26号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，失去4s能级上的2个电子，形成Fe2+，再失去3d能级上的1个电子后形成Fe3+；

（2）同周期从左向右第一电离能逐渐增大，同主族从上到下第一电离能逐渐减小；苯酚可看成分子中的一个氢原子被羟基取代，苯和苯酚均为平面结构，碳原子均为sp2杂化；

（3）分子晶体熔沸点较低且熔融状态不导电；根据SO42-中心原子含有的共价键个数与孤电子对数之和确定空间构型；

（4）配合物中碳原子不存在孤电子对，σ键由2个，即1个Fe(CO)5中含有10个σ键；原子数目相等，价电子总数相等的微粒为等电子体；

（5）氮化铁晶体为六棱柱，顶点为6个晶胞共有，面心的点为2个晶胞共有，晶胞中12个铁原子位于顶点，2个铁原子位于面心，3个铁原子位于内部，2个氮原子位于内部，因此据此可计算微粒个数比；

（6）以Fe2+顶点研究，与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用；Fe2+与O2-的最短核间距等于晶胞棱长的，均摊法计算晶胞中Fe2+与O2-的离子数目，计算出晶胞的质量，与密度公式结合进行计算。

（1）铁原子失去4s能级上的2个电子和3d能级上的1个电子后形成Fe3+，因此基态Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5；

（2）同主族从上到下第一电离能逐渐减小，即第一电离能O>S，同周期从左向右第一电离能逐渐增大，但氮元素2p能级处于半满的稳定状态，能量低，因此第一电离能N>O，所以第一电离能N>O>S；苯酚可看成分子中的一个氢原子被羟基取代，苯和苯酚均为平面结构，碳原子均为sp2杂化

（3）FeCl3的熔点为306℃，沸点为315℃，熔沸点较低，属于分子晶体；SO42-中心S原子的σ键电子对数为4，中心原子孤电子对数为0，价层电子对数为4，立体构型为正四面体形；

（4）配合物中碳原子不存在孤电子对，σ键由2个，即1个Fe(CO)5中含有10个σ键，那么1 mol Fe(CO)5分子中含10molσ键；原子数目相等，价电子总数相等的微粒为等电子体，与CO互为等电子体的离子有CN-或者C22-；

（5）氮化铁晶体为六棱柱，顶点为6个晶胞共有，面心的点为2个晶胞共有，晶胞中12个铁原子位于顶点，2个铁原子位于面心，3个铁原子位于内部，2个氮原子位于内部，因此晶胞中含有铁微粒12×+2×+3=6，氮微粒的个数为2，所以铁、氮的微粒个数之比为6:2=3:1；

（6）以Fe2+顶点研究，与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，因此与Fe2+紧邻且等距离的Fe2+数目为=12个；晶胞中Fe2+共8×+6×=4，O2-的数目为1+12×=4，晶胞的质量为，Fe2+与O2-的最短核间距等于晶胞棱长的，设最短距离为xpm，则晶胞的棱长为2xpm，那么=ρ(2x×10-10)3，解得x=×1010pm。