Question

铁元素是最重要的金属元素之一，其不仅是各种钢材的主要成分，很多含铁化合物也具有重要意义。

（1）按照电子排布，可把元素周期表中的元素划分成五个区，铁元素属于_________区。

（2）Mn²⁺在水溶液中难被氧化，而Fe²⁺则易被氧化为Fe³⁺ ，请从离子的价电子式角度解释Mn²⁺与Fe²⁺还原能力的差别：_________。Mn²⁺的半径_________ Fe³⁺的半径（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）金属铁晶体中铁原子采用体心立方堆积，该铁晶体的空间利用率为_________（用含π的式子表示）。

（4）向含Fe³⁺的溶液中滴加少量的KSCN溶液，溶液中生成红色的[Fe（SCN）（H₂O）₅]²⁺。N、H、O三种元素的电负性由大到小的顺序为_________；[Fe（SCN）（H₂O）₅]²⁺中Fe³⁺的配位数为_________，H₂O中氧原子的杂化方式为_________。

（5）二茂铁是一种含铁的有机化合物，其化学式为Fe（C₅H₅）₂，可看作是Fe²⁺离子与两个正五边形的环戊二烯负离子（C₅H）配体形成的夹心型分子（如下图a所示）。已知大π键可用符号Π表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为Π），则C₅H的大π键表示为________。二茂铁是黄色针状晶体，熔点173 ℃（在100 ℃时开始升华），沸点249 ℃，在水中难溶，但可溶于很多有机溶剂。下列相互作用中，二茂铁晶体中不存在的是________（填标号）。

A 离子键             B 配位键             C σ 键             D 范德华力

（6）一种含有Fe、Cu、S三种元素的矿物的晶胞（如上图b所示），属于四方晶系（晶胞底面为正方形），晶胞中S原子位于内部，Fe原子位于体心和晶胞表面，Cu原子位于晶胞表面。此矿物的化学式为_________。若晶胞的底面边长为A pm，高为C pm，阿伏伽德罗常数为N_A，则该晶体的密度为__________ g/cm³（写出表达式）。

Answer

d Mn2+为3d5构型，d亚层半满，失去电子则需破坏此稳定结构，Fe2+为3d6，易失去1个电子成为稳定的3d5构型 > O>N>H 6 sp3 A FeCuS2(或CuFeS2) (或)

【解析】

（1）铁元素位于元素周期表VIII族，属于d区元素；

（2）Mn2+为3d5构型，d亚层半满，失去电子则需破坏此稳定结构，Fe2+为3d6，易失去1个电子成为稳定的3d5构型，因此Mn2+在水溶液中难被氧化，而Fe2+则易被氧化为Fe3+；Mn2+与Fe3+核外电子数相同，质子数多的半径小，故半径Mn2+>Fe3+；

（3）设晶胞中铁原子半径为r，则晶胞边长为a=，则1个体心立方堆积的晶胞体积为，晶胞内共有个原子，原子总体积为：，则其空间利用率为：；

（4）N、O处于同一周期，从左至右电负性逐渐增加，H元素在非金属元素中电负性最小，故电负性大小关系为：O>N>H；SCN-、H2O均为配体，因此[Fe(SCN)(H2O)5]2+中Fe3+的配位数为6；H2O中O的价层电子对数为，故氧原子的杂化方式为sp3；

（5）由结构可知，每个碳原子中还有1个电子未参与成键，5个碳原子以及一个得到一个电子，共有6个电子参与形成大π键，因此中大π键表示为；由二茂铁的熔点低以及易升华特点可知二茂铁为分子化合物，因此二茂铁晶体中不存在离子键；

（6）根据均摊法可知，1个晶胞中含Cu原子数为：，Fe原子数为：，S原子数为：8，故此矿物的化学式为：FeCuS2(或CuFeS2)；晶胞密度或。