Question

7．鐵元素不僅可以與SCN^-、CN^-等離子形成配合物，還可以與CO、NO等分子以及許多有機試劑形成配合物．回答下列問題：
（1）基態(tài)鐵原子有4個未成對電子；
（2）CN^-有毒，含CN-的工業(yè)廢水必須處理，用TiO₂作光催化劑可將廢水中的CN^-轉(zhuǎn)化為OCN^-，并最終氧化為N₂、CO₂
①C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C；
②1molFe（CN）₃^2-中含有e鍵的數(shù)目為6N_A；
③鐵與CO形成的配合物Fe（CO）₃的熔點為-20.5℃，沸點為103℃，易溶于CCl₄，據(jù)此可以判斷Fe（CO）₃晶體屬于分子晶體（填晶體類型）
（3）乙二胺四乙酸能和Fe²⁺形成穩(wěn)定的水溶性配合物乙二胺四乙酸鐵鈉，原理如圖1：
①乙二胺四乙酸中碳原子的雜化軌道類型是分子晶體；
②乙二胺（H₂NCH₂CH₂NH₂）和三甲胺[N（CH₃）₂]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高得多，原因是乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵；
（4）鐵鋁合金的一種晶體屬于面心立方結(jié)構(gòu)，其晶胞可看成由8個小體心立方結(jié)構(gòu)堆砌而成，小立方體如圖2所示，則該合金的化學(xué)式為AlFe₃，已知小立方體邊長為acm，此鐵鋁合金的密度為$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$k•cm^-3．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)基態(tài)鐵原子的核外電子排布判斷未成對電子；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能大于相鄰元素；
②1molFe（CN）₃^2-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個CN-與鐵離子形成3個配位鍵，所以共用6個σ鍵，1molFe（CN）₃^2-中含有σ鍵數(shù)為6mol；
③依據(jù)Fe（CO）₃的熔沸點低，且易溶于四氯化碳判斷晶體類型；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結(jié)構(gòu)，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp2雜化；
②氫鍵的存在能夠顯著提高物質(zhì)的熔沸點；
（4）依據(jù)鐵鋁合金晶胞結(jié)構(gòu)鋁原子的數(shù)目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數(shù)目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數(shù)之比為1：3；
計算一個晶胞的質(zhì)量m，計算晶胞的體積V，依據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算其密度．

解答 解：（1）基態(tài)鐵原子的核外電子排布為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，3d⁶中，最多容納10個電子，現(xiàn)在有6個，先占據(jù)單個的，所以只有2個成對，還有4個未成對，
故答案為：4；
（2）①同周期第一電離能自左而右具有增大趨勢，所以第一電離能O＞C．由于氮元素原子2p能級有3個電子，處于半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能大于相鄰元素，所以C、N、O三種元素的第一電離能由大到小的順序是N＞O＞C；
故答案為：N＞O＞C；
②1molFe（CN）₃^2-中CN含有C、N三鍵，其中1個是σ鍵，N原子有孤對電子，鐵原子有空軌道，所以每個CN-與鐵離子形成1個配位鍵，所以共有3個σ鍵，1molFe（CN）₃^2-中含有σ鍵數(shù)為6mol，個數(shù)為：6N_A；
故答案為：6N_A；
③Fe（CO）₃的熔沸點低，且易溶于四氯化碳，依據(jù)分子晶體熔沸點低，且存在相似相溶原理，可知Fe（CO）₃為分子晶體；
故答案為：分子晶體；
（3）①乙二胺四乙酸中碳原子為-CH₂-，-COOH，前者碳原子以單鍵連接4個原子為四面體結(jié)構(gòu)，為sp³雜化，-COOH中碳原子含有1個雙鍵，為sp²雜化；
故答案為：sp²、sp³；
②乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵，所以乙二胺（H₂NCH₃CH₂NH₃）和三甲胺[N（CH₃）₂]均屬于胺，但乙二胺比三甲胺的沸點高得多；
故答案為：乙二胺分子間可以形成氫鍵，三甲胺分子間不能形成氫鍵；
（4）依據(jù)鐵鋁合金晶胞結(jié)構(gòu)鋁原子的數(shù)目為4×$\frac{1}{8}$=$\frac{1}{2}$；鐵原子數(shù)目為1+4×$\frac{1}{8}$=$\frac{3}{2}$，所以鋁原子與鐵原子個數(shù)之比為1：3，該鐵鋁合金的化學(xué)式為：AlFe₃；一個小立方體質(zhì)量為$\frac{27}{2×6.02×10{\;}^{23}}$g+$\frac{56×3}{2×6.02×1023}$g=$\frac{195}{2×{N}_{A}}$g，所以其密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$g•cm^-3；
故答案為：AlFe₃；$\frac{195}{{a}^{3}{N}_{A}}$．

點評 本題為結(jié)構(gòu)體，考查了電子的排布、電離能大小的判斷、雜化方式的判斷、晶胞的相關(guān)技術(shù)，題目綜合性強，難度大，明確晶胞結(jié)構(gòu)是解題關(guān)鍵．