Question

近日，某科研团队成功合成了Ni—Fe双原子催化剂(Ni/Fe—C—N)，并应用于高效催化CO₂还原。回答下列问题：

(1)基态铁原子的价电子轨道排布图为__。铁元素常见的离子有Fe²⁺和Fe³⁺，稳定性Fe²⁺__Fe³⁺(填“>”或“<”)，原因是__。

(2)C、N、O三种元素的第一电离能由大到小的顺序为__。

(3)过渡金属配合物Ni(CO)_n的中心原子价电子数与CO提供配位的电子总数之和为18，则n=___；该化合物易溶于苯及四氯化碳等有机溶剂，原因是___。

(4)二茂铁的结构为，由Fe²⁺和(环戊二烯基负离子)构成。一个中σ键总数为__，C原子的杂化轨道类型为__。

(5)某C、Fe合金的晶胞结构如图所示：

该合金的化学式为__，若该晶体的晶胞参数为apm、bpm、cpm，α=β=γ=90^o，密度为ρg·cm^-3，则N_A为__(写出计算式即可)。

Answer

< Fe3+的3d轨道为半满状态，较稳定 N>O>C 4 Ni(CO)4属于非极性分子，易溶于非极性溶剂中 10 sp2 Fe3C mol-1

【解析】

根据原子及离子的电子排布式分析；根据同周期主族元素第一电离能的递变规律判断；根据价层电子对数目和价层电子寻互斥理论分析原子的杂化类型和空间构型；根据晶胞结构分析晶体的化学式并进行相关计算。

(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2，则价电子轨道排布图为；Fe2+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d6，Fe3+的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，可见Fe3+的3d轨道为半满状态，较稳定，则稳定性Fe2+＜Fe3+；

(2)C、N、O是同周期主族元素，核电荷数大，第一电离能呈增大趋势，但N原子的2p3轨道是半充满结构，相同稳定，则三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>O>C；

(3)Ni的价电子数为10，每个配体提供一个电子对，则10+2n=18，n=4；苯和四氯化碳均为非极性溶剂，根据相似相溶原理，该化合物易溶于苯及四氯化碳等有机溶剂，说明Ni(CO)4属于非极性分子，易溶于非极性溶剂中；

(4)单键均为σ键，则一个(环戊二烯基负离子)中σ键总数为10；结构中碳原子的价层电子对数均为3，则C原子的杂化轨道类型为sp2杂化；

(5)该合金中Fe原子数为4×+10×=6，C原子数为8×+1=2，则合金的化学式为Fe3C；晶胞的质量为g，晶胞的体积为abc×10-30cm3，根据可知，NA=mol-1。