Question

【題目】第四周期過渡元素如鐵、錳、銅、鋅等在太陽能電池、磁性材料等科技方面有廣泛的應(yīng)用，回答下列問題：

（1）Fe的基態(tài)原子共有____種不同能級的電子。

（2）已知高溫下CuO→Cu2O＋O2，從銅原子價層電子結(jié)構(gòu)（3d和4s軌道上應(yīng)填充的電子數(shù)）變化角度來看，能生成Cu2O的原因是___。比較鐵與錳的第三電離能(I3)：鐵__錳(填“＞”、 “＝”或“＜”)，原因是___。

（3）某含銅化合物的離子結(jié)構(gòu)如圖所示。

①該離子中存在的作用力有______________；

a．離子鍵 b．共價鍵 c．配位鍵 d．氫鍵 e．范德華力

②該離子中N原子的雜化類型有____________。

（4）如圖是晶體Fe3O4的晶胞，該晶體是一種磁性材料，能導(dǎo)電。

①晶胞中二價鐵離子處于氧離子圍成的______(填空間結(jié)構(gòu))空隙。

②晶胞中氧離子的堆積方式與某金屬晶體原子堆積方式相同，該堆積方式名稱為________。

③解釋Fe3O4晶體能導(dǎo)電的原因__________；若晶胞的體對角線長為anm，則 Fe3O4 晶體的密度為______g·cm－3(阿伏加德羅常數(shù)用NA表示)。

Answer 1

【答案】7 CuO中銅的價層電子排布為3d94s0，Cu2O中銅的價層電子排布為3d10，后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)而前者不是 小于 Mn2+、Fe2+的價電子排布式分別為3d5、3d6，Mn2+處于3d5半滿較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去一個電子所需能量較高，所以第三電離能Fe小于Mn bc sp2、sp3 正四面體 面心立方堆積 電子可在兩種不同價態(tài)的鐵離子間快速發(fā)生轉(zhuǎn)移

【解析】

（1）依據(jù)鐵原子的和外電子排布式，找出不同的能級；

（2）從+2價的銅到+1價的銅，核外電子排布的穩(wěn)定性考慮即可；Fe2+到Fe3+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d6到穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)，故鐵的第三電離能I3(Fe)比錳的第三電高能I3(Mn)小；

（3）①根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及化學(xué)鍵的類型作答；

②根據(jù)雜化軌道理論分析；

（4）①觀察圖示，圖中虛線提示Fe2+連接四個氧離子，分析結(jié)構(gòu)；

②體心立方堆積是八個頂點加一個體心，面心立方最密堆積是八個頂點加六個面心，細心觀察，可以在左邊補一個晶胞去觀察；

③晶胞中有Fe2+和Fe3+，Fe2+失電子轉(zhuǎn)化為Fe3+，Fe3+得電子轉(zhuǎn)化為Fe2+；根據(jù)均攤法去計算晶胞密度。

（1）Fe原子核外有26個電子，基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為：1s22s22p63s23p63d64s2，則Fe的基態(tài)原子共有1s、2s、2p、3s、3p、3d和4s共7種不同能級的電子，

故答案為：7；

（2）Cu2+的價電子結(jié)構(gòu)為3d9，Cu+的價電子結(jié)構(gòu)為3d10，3d10為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在高溫時，Cu2+得一個電子變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的Cu+；Mn2+、Fe2+的價電子排布式分別為3d5、3d6，Mn2+處于3d5半滿較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去一個電子所需能量較高，所以第三電離能Fe小于Mn，

故答案為：CuO中銅的價層電子排布為3d94s0，Cu2O中銅的價層電子排布為3d10，后者處于穩(wěn)定的全充滿狀態(tài)而前者不是；小于；Mn2+、Fe2+的價電子排布式分別為3d5、3d6，Mn2+處于3d5半滿較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，再失去一個電子所需能量較高，所以第三電離能Fe小于Mn；

（3）①根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可以判斷，該離子中含有共價鍵和配位鍵，答案選bc，

故答案為：bc；

②N由單鍵連接的，為sp3雜化，雙鍵連接的為sp2雜化，

故答案為：sp2、sp3；

（4）①觀察圖示可知，Fe2+連接四個氧離子，四個氧離子為正四面體頂點，Fe2+在正四面體中心；

故答案為：正四面體；

②往圖中晶胞左邊加一個晶胞會發(fā)現(xiàn)氧離子是八個頂點加六個面心，所以堆積方式為面心立方最密堆積；

故答案為：面心立方最密堆積；

③電子的得失轉(zhuǎn)移能使晶胞導(dǎo)電，因此四氧化三鐵晶體能導(dǎo)電的原因是電子可在兩種不同價態(tài)的鐵離子間快速發(fā)生轉(zhuǎn)移；

根據(jù)晶胞的均攤計算，晶胞中含有的鐵離子的個數(shù)為4×+3× = 2，亞鐵離子的個數(shù)為1，氧離子的個數(shù)為1+12× = 4，若晶胞體對角線長為a nm，設(shè)邊長為x nm，面對角線為 ，則體對角線長為，故，晶胞的體積為，晶胞的質(zhì)量為，故密度，

故答案為：。