Question

2017年4月26日，中田首艘国产航母在大连正式下水，标志着我国自主设计航空母舰取得重大阶段性成果。请回答下列问题：

(1)航母用钢可由低硅生铁冶炼而成。

①硅原子L能层的电子分布图为____________________；

②Fe³⁺比Fe²⁺稳定的原因是_____________________；

③铁氰化钾K₃[Fe(CN)₆]溶液可以检验Fe²⁺。1 mol CN^-中含有π键的数为_________，与CN^-互为等电子体的分子有__________(写出一种)，铁氰化钾晶体中各种微粒间相互作用不包括_______________；

a. 离子键      b. 共价键     c.配位键     d. 金属键     e. 氢键     f. 范德华力

(2)航母螺旋桨主要用铜合金制造。含铜废液可以利用铜萃取剂M，通过如下反应实现铜离子的富集，进行回收。

①M所含元素的电负性由大到小的顺序为__________(用元素符号表示)；

②X中采用sp³杂化的非金属原子有___________(填写元素名称)，采用sp³杂化的原子有__________个；

(3)Fe₃O₄是Fe³⁺、Fe²⁺、O^2-通过离子键而组成的复杂离子晶体。O^2-的重复排列方式如图所示，已知该晶体的晶胞参数为a nm，密度为b g/cm³，则N_A=__________mol^-1。(列出含a、b的计算式)

(白球表示O^2-)

Answer

Fe3+价层电子排布式为3d5，处于半充满的稳定状态 2NA CO def O＞N＞C＞H C、O 9

【解析】

(1)①Si元素原子序数为14，核外电子排布式为1s22s22p63s23p2，可知其L能层有2个s电子，6个p电子，电子分布图为；

②Fe是26号元素，Fe原子失去最外层的2个4s电子变为Fe2+，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，价层电子排布式为3d6，当Fe2+再失去1个3d电子时，价层电子排布式变为3d5，处于d轨道的半充满的稳定状态，所以Fe3+比Fe2+稳定；

③CN-中C、N原子间通过三键结合，其中含有1个σ键，2个π键，则1 mol CN-中含有π键的数为2NA；由于等电子体中原子总数相等，价电子总数也相等，所以与CN-互为等电子体的分子是CO；铁氰化钾K3[Fe(CN)6]为离子晶体，含有离子键，在络离子[Fe(CN)6]3-中，中心Fe3+与配位体之间通过配位键结合，在配位体CN-中含有共价键，化合物中不含有金属键、氢键、范德华力，故合理选项是def；

(2)①根据M结构简式可知其中含有C、H、O、N四种元素，由于同一周期元素的电负性随原子序数的增大而增大，则O＞N＞C，H元素的非金属性最弱，其电负性最小，故这四种元素的电负性由大到小的顺序为：O＞N＞C＞H；

②根据X示意图可知烃基-C8H17中的8个C原子及羟基-OH原子采用sp3杂化，而N原子形成C、N双键，采用sp2杂化，所以X中采用sp3杂化的非金属原子有C、O，采用sp3杂化的原子数目由8+1=9；

(3)根据O2-排布图示可将Fe3O4变为如图所示结构：

其中Fe2+离子处于晶胞的顶点、面心以及A位置立方体的体心。O2-位于A、B小立方体的内部，每个小立方体内部各有4个O2-。Fe3+离子处于晶胞B位置小立方体内部，每个B中含有4个Fe3+，晶胞中Fe2+离子数目=4+8×+6×=8，Fe3+离子数目=4×4=16，O2-离子数目=4×8=32，故晶胞中Fe2+、Fe3+、O2-的个数比为8：16：32，晶胞相当于有8个“Fe3O4”，晶胞质量m=8×g，该晶体的晶胞参数为a nm，密度为b g/cm3，所以b= =，故NA=。