Question

3．Mn、Fe均為第四周期過渡元素．請回答下列問題：
（1）Mn元素價電子層的電子排布式為3d⁵4s²，Mn²⁺核外具有的單電子數(shù)有5個；
（2）Fe原子或離子外圍有較多能量相近的空軌道，能與一些分子或離子形成配合物．
①與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子應具備的結構特征是具有孤對電子．
②六氰合亞鐵離子〔Fe（CN）₆^4-〕中的配體CN^-中C原子的雜化軌道類型是sp，寫出一種與CN^-互為等電子體的單質(zhì)分子的化學式N₂．
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔點282℃，沸點315℃，在300℃以上易升華．易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機溶劑．據(jù)此判斷三氯化鐵的晶體類型為分子晶體
（4）金屬鐵的晶體在不同的溫度下有兩種堆積方式，晶體分別如圖所示．體心立方晶胞和面心立方晶胞中實際含有的Fe原子個數(shù)之比為：1：2．若鐵的面心立方晶胞的邊長為x nm，N_A為阿伏伽德羅常數(shù)，則金屬鐵的晶體采用面心立方堆積時的密度為$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3（用含x、N_A的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）Mn元素原子核外有25個電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫價電子層的電子排布式；結合Mn²⁺核外電子排布判斷單電子數(shù)目；
（2）①與Fe原子或離子具有空軌道，與之形成配合物的分子或離子應具有孤對電子；
②CN^-與N₂互為等電子體，CN^-中C原子與N原子之間形成3對共用電子對，含有1對孤電子對；
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔沸點低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機溶劑，應屬于分子晶體；
（4）利用均攤法計算晶胞中原子數(shù)目，進而計算體心立方晶胞和面心立方晶胞中實際含有的Fe原子個數(shù)之比；
計算鐵的面心立方晶胞晶胞質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算鐵的面心立方晶胞的密度．

解答 解：（1）Mn元素原子核外有25個電子，Mn元素為25號元素，核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，所以價層電子排布式為3d⁵4s²，Mn²⁺核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，3d軌道5個電子為單電子，
故答案為：3d⁵4s²；5；
（2）①與Fe原子或離子具有空軌道，與之形成配合物的分子或離子應具有孤對電子，故答案為：具有孤對電子；
②CN^-與N₂互為等電子體，CN^-中C原子與N原子之間形成3對共用電子對，含有1對孤電子對，雜化軌道數(shù)目為2，C原子采取sp雜化，故答案為：sp；N₂；
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔沸點低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機溶劑，應屬于分子晶體，故答案為：分子晶體；
（4）體心立方結構晶胞中鐵原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方結構晶胞中鐵原子數(shù)為1+6×$\frac{1}{2}$=4，故兩種結構的鐵原子數(shù)之比為2：4=1：2，
面心立方晶胞晶胞質(zhì)量為4×$\frac{56}{{N}_{A}}$g，鐵的面心立方晶胞的邊長為x nm，則面心立方晶胞的密度為：4×$\frac{56}{{N}_{A}}$g÷（x×10^-7cm）³=$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案為：1：2；$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$．

點評 本題是對物質(zhì)結構與性質(zhì)的考查，涉及核外電子排布、雜化方式判斷、等電子體、配位鍵、晶胞計算、晶體類型與性質(zhì)等，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．