Question

3．硼、碳、氮、氟、硫、铁等元素的化合物广泛存在于自然界，回答下列问题：
（1）基态铁原子的外围电子排布式为3d⁶4s²；Fe³⁺比Fe²⁺稳定的原因是Fe³⁺的3d轨道为半充满状态．
（2）第二周期中，元素的第一电离能处于B与N之间的元素有3种．
（3）NF₃是微电子工业中优良的等离子刻蚀气体，NF₃分子的空间构型为三角锥形；在NF₃中，N原子的杂化轨道类型为sp³．
（4）与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力．
（5）S和Fe形成的某化合物，其晶胞如图所示，则该物质的化学式为FeS．假设该晶胞的密度为ρ g/cm³，用N_A表示阿伏加德罗常数，则该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为（列出计算式即可）$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）基态铁原子的外围电子为其3d、4s电子，根据构造原理书写其外围电子排布式；各轨道处于全满、半满、全空为稳定状态；
（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于相邻元素；
（3）NF₃分子中N原子孤电子对数=$\frac{5-3×1}{2}$=1、价层电子对数=3+1=4，杂化轨道数目为4；
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力；
（5）该晶胞中Fe原子个数是4、S原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据S和Fe原子个数之比确定化学式；
该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为晶胞棱长的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍．

解答 解：（1）基态铁原子的外围电子为其3d、4s电子，根据构造原理书写其外围电子排布式为3d⁶4s²；各轨道处于全满、半满、全空为稳定状态，Fe³⁺的3d轨道为半充满状态，化学性质比Fe²⁺稳定，
故答案为：3d⁶4s²；Fe³⁺的3d轨道为半充满状态；
（2）同一周期元素中，元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势，但第IIA族、第VA族元素第一电离能大于相邻元素，根据电离能的变化规律，半充满的N原子和全充满的Be原子第一电离能要比同周期原子序数大的原子高，故第一电离能介于B、N之间的第二周期元素有Be、C、O三种元素，
故答案为：3；
（3）NF₃分子中N原子孤电子对数=$\frac{5-3×1}{2}$=1、价层电子对数=3+1=4，为三角锥形结构，N原子杂化轨道数目为4，采取sp³杂化，
故答案为：三角锥形；sp³；
（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的化学键为共价键，层间作用力为范德华力，故答案为：共价键；范德华力；
（5）该晶胞中Fe原子个数是4、S原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根据S和Fe原子个数之比确定化学式为FeS；
该晶胞体积=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$=$\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}$cm³，晶胞棱长=$\root{3}{\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm，该晶胞中距离最近的S原子之间的距离为晶胞棱长的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍，为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案为：FeS；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm．

点评 本题考查物质结构和性质，为高频考点，涉及晶胞计算、原子核外电子排布、微粒空间构型判断等知识点，侧重考查学生分析判断计算能力，难点是晶胞计算，题目难度中等．