Question

13．（1）与铁同周期的所有副族元素的基态原子中，最外层电子数与铁相同的元素有5种．
（2）某铁的化合物结构简式如图1所示
①组成上述化合物各元素原子电负性由大到小的顺序为O＞N＞C＞H＞Fe
②上述化合物中氮原子的杂化方式为sp²、sp³
③在图中用“→”标出亚铁离子的配位键．
（3）单质铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图2所示，面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的铁原子个数之比为2：1．面心立方堆积与体心立方堆积的两种铁晶体的密度之比为4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$（写出已化简的比例式即可）．
（4）氮化硼（BN）晶体有多种相结构．六方相氮化硼（晶体结构如图3）是通常存在的稳定相，可作高温润滑剂．立方相氮化硼（晶体结构如图4）是超硬材料，有优异的耐磨性．
①六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3：1．其结构与石墨相似却不导电，原因是立方氮化硼晶体内无自由移动的电子．
②立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接12个六元环．该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现．根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温、高压．

Answer 1

分析 （1）Fe原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，与铁同周期的所有副族元素的基态原子中，最外层电子数与铁相同的元素的3d轨道电子数为1、2、3、5、10；
（2）①非金属性越强，元素的电负性越大；
②化合物中形成C=N双键的N原子形成2个σ键，含有1对孤电子对，而形成单键的N原子，形成2个σ键，含有2对孤电子对，杂化轨道数目分别为3、4；
③C=N双键的N原子有1对孤对电子与亚铁离子之间形成配位键，另外N原子带1个单位负电荷，与亚铁离子之间形成离子键；
（3）利用均摊法计算晶胞中Fe原子个数；根据密度公式ρ=$\frac{\frac{M}{NA}×Fe原子个数}{V}$；
（4）①六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子；
②氮化硼与碳元素的单质相似，结合金刚石的结构进行判断，立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接12个六元环，在地壳内部，离地面越深，其压强越大、温度越高．

解答 解：（1）Fe原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，与铁同周期的所有副族元素的基态原子中，最外层电子数与铁相同的元素的3d轨道电子数为1、2、3、5、10，还有5种，
故答案为：5；
（2）①非金属性越强，元素的电负性越大，则电负性O＞N＞C＞H＞Fe，
故答案为：O＞N＞C＞H＞Fe；
②化合物中形成C=N双键的N原子形成2个σ键，含有1对孤电子对，而形成单键的N原子，形成2个σ键，含有2对孤电子对，杂化轨道数目分别为3、4，N原子采取sp²、sp³杂化，
故答案为：sp²、sp³；
③C=N双键的N原子有1对孤对电子与亚铁离子之间形成配位键，另外N原子带1个单位负电荷，与亚铁离子之间形成离子键，标出亚铁离子的配位键为，
故答案为：
（3）利用均摊法计算晶胞中Fe原子个数，面心立方晶胞中Fe原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4、体心立方晶胞中Fe原子个数=1+8×$\frac{1}{8}$=2，
所以二者Fe原子个数之比=4：2=2：1；
设Fe原子半径为rcm，面心立方晶胞半径=2$\sqrt{2}$rcm，其体积=（2$\sqrt{2}$rcm）³，体心立方晶胞半径=$\frac{4\sqrt{3}}{3}$rcm，体积=（$\frac{4\sqrt{3}}{3}$rcm）³，
其密度之比=$\frac{\frac{M}{NA}×4}{（2\sqrt{2}rcm）^{3}}$：$\frac{\frac{M}{NA}×2}{（\frac{4\sqrt{3}}{3}rcm）^{3}}$=4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$，
故答案为：2：1；4$\sqrt{2}$：3$\sqrt{3}$；
（4）①六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为3：1，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电，
故答案为：3：1；立方氮化硼晶体内无自由移动的电子；
②氮化硼与金刚石的结构相似，立方相氮化硼晶体中，每个硼原子连接12个六元环，在地壳内部，离地面越深，其压强越大、温度越高，根据题干知，实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温高压，
故答案为：12；高温、高压．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式、配合物、晶胞计算等，配位键判断为易错点，掌握均摊法进行晶胞计算，需要学生具备一定的数学计算能力，侧重考查学生分析计算及空间想象能力，注意Fe晶胞面心立方和体心立方区别，题目有一定难度．