Question

铝、锌、铁在人类生产和生活中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题：

（1）Fe²⁺电子排布式为___，Zn的基态原子能级最高的电子的电子云轮廓图形状为___。

（2）已知Al的第一电离能为578kJ·mol^-1、Mg的第一电离能为740kJ·mol^-1，请解释Mg的第一电离能比Al大的原因___。

（3）Zn²⁺可形成[Zn(NH₃)₆]SO₄络合物，1mol[Zn(NH₃)₆]²⁺配离子中含σ键___mol，其阴离子中心原子的杂化方式是___，NH₃的沸点高于PH₃的原因是___。

（4）已知Zn²⁺等过渡元素离子形成的水合离子的颜色如下表所示：

离子	Sc^3+	Cr^3+	Fe^2+	Zn^2+
水合离子的颜色	无色	绿色	浅绿色	无色

请根据原子结构推测Sc³⁺、Zn²⁺的水合离子为无色的原因：___。

（5）FeCl₃中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl₃的结构式为___，其中Fe的配位数为___。

（6）Fe和N可组成一种过渡金属氮化物，其晶胞如图所示。六棱柱底边边长为xcm，高为ycm，N_A为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为___g·cm^-3（列出计算式即可）。

Answer

[Ar]3d6 球型 Mg 的电子排布式为[Ne]3s2 ，Al 的电子排布式为[Ne]3s2 3p1 ，镁的 3s 处于全满状态，较稳定不易失去一个电子，铝的最外层为3p1 ，易失去一个电子形成稳定结构 24 sp3 氨分子之间形成分子间氢键 3d 轨道上没有未成对电子（或 3d 轨道全空或全满状态） 4

【解析】

（1）铁为26号元素，基态原子电子排布式为[Ar]3d6 4s2，所以Fe2+电子排布式为[Ar]3d6；Zn为30号元素，基态原子能级最高的电子为4s上的2个电子，所有电子云轮廓图形状为球形，故答案为：[Ar]3d6 球形；

（2）Mg的电子排布式为[Ne]3s2，Al的电子排布式为[Ne]3s2 3p1，镁的3s处于全满状态，较稳定，不易失去一个电子，铝的最外层为 3p1，易失去一个电子形成稳定结构，所以 Al 原子的第一电离能比Mg大，故答案为：Mg 的电子排布式为[Ne]3s2 ，Al 的电子排布式为[Ne]3s2 3p1，镁的3s处于全满状态，较稳定不易失去一个电子，铝的最外层为3p1 ，易失去一个电子形成稳定结构；

（3）[Zn(NH3)6] 2+中每个N原子形成3个氮氢σ键，与Zn2＋形成1个配位键，配位键也属于σ键，所以1mol该离子中σ键为24 mol；阴离子为，根据价层电子对互斥理论，其中心原子S的价电子对为对，所以中心S为sp 3杂化。NH3分子中 N原子的电负性强，原子半径小，使得N—H键的极性增强而表现一定的电性，分子之间能够形成氢键，而PH3分子中P半径大，电负性小，则不能形成分子间氢键，只存在范德华力，氢键的作用力强于范德华力，所以沸点NH3大于PH3，故答案为：24 sp 3 氨分子之间形成分子间氢键；

（4）Sc3+的外围电子排布式为[Ar]3d0 、Cr3+的外围电子排布式为[Ar]3d3 、Fe2+电子排布式为 [Ar]3d6 、Zn2+的外围电子排布式为[Ar]3d10，对比四种离子的外围电子排布式可知，其水合离子的颜色与3d轨道上的单电子有关，故答案为：3d 轨道上没有未成对电子（或 3d 轨道全空或全满状态）；

（5）Fe能够提供空轨道，而Cl能够提供孤电子对，故 FeCl3分子双聚时可形成配位键。由常见AlCl3的双聚分子的结构可知FeCl3的双聚分子的结构式为 ，其中 Fe的配位数为4，故答案为： 4 ；

（6）由图示，堆积方式为六方最紧密堆积。为了计算的方便，选取该六棱柱结构进行计算：六棱柱顶点的原子是6个六棱柱共用的，面心是两个六棱柱共用，所以该六棱柱中的铁原子为 个，N原子位于六棱柱内部，所以该六棱柱中的氮原子为2个，该结构的质量为，该六棱柱的底面为正六边形，边长为x cm，底面的面积为6个边长为x cm 的正三角形面积之和，根据正三角形面积的计算公式，该底面的面积为 cm2 ，高为 y cm，所以体积为cm3。所以密度为： ，故答案为：。