Question

12．（A）在晶体中，微观粒子是有规律排布的．而实际上的晶体与理想结构或多或少会产生偏离，这种偏离称为晶体的缺陷．由于晶体缺陷，氧化铁Fe_xO中的x常常不确定．

（1）请写出铁原子基态电子排布式[Ar]3d⁶4s²．
（2）Fe²⁺与Fe³⁺相比，较稳定的是Fe³⁺，请从二者结构上加以解释Fe³⁺的电子排布式为[Ar]3d⁵，Fe²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁶，Fe³⁺的3d能级处于半充满状态，是一种较稳定的结构．
（3）硫氰根离子和异硫氰根离子都可用SCN^-表示，碳原子都处于中央，则碳原子的轨道杂化类型为sp．其中异硫氰根离子与CO₂是等电子体，异硫氰根离子的电子式为．Fe³⁺与SCN^-可以形成配位数1～6的配离子，若Fe³⁺与SCN^-以个数比1：5配合，则FeCl₃与KSCN在水溶液中发生反应的化学方程式可以表示为FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl．
（4）如图：铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化．δ-Fe$\stackrel{1394℃}{?}$γ-Fe$\stackrel{912℃}{?}$α-Fe
下列说法不正确的是B
A．γ-Fe晶体中，铁原子的配位数为12
B．δ-Fe晶体和α-Fe晶体都是非密置在三维空间堆积而成的，堆积后非密置层都保持原来的结构不变
C．三种晶体的空间利用率大小为：γ-Fe晶体＞δ-Fe晶体＞α-Fe晶体
D．三种晶胞的棱长之比为：2$\sqrt{3}$：3$\sqrt{2}$：3
（5）Fe_xO有NaCl结构的晶胞．今有某种Fe_xO晶体中就存在如右图所示的缺陷，其密度为5.71g•cm^-3，晶胞棱长为a=4.28×10^-8cm（已知：4.28³=78.4），则x=0.92．

Answer 1

分析 （1）Fe是26号元素，根据核外电子排布规律书写铁原子基态电子排布式；
（2）Fe³⁺的电子排布式为[Ar]3d⁵，Fe²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁶，据此判断；
（3）SCN^-表示中，碳原子都处于中央，碳周围有两个δ键，没有孤电子对，所以碳原子按sp方式杂化，互为等电子体的粒子结构相似，所以根据二氧化碳的结构可判断异硫氰根离子的电子式，FeCl₃与KSCN在水溶液按1：5反应，根据元素守恒写出化学方程式；
（4）A．根据γ-Fe晶胞结构图判断；
B．δ-Fe晶体和α-Fe晶体都是非密置在三维空间堆积而成的，堆积方式不同，堆积后非密置层的结构会发生变化不变；
C．γ-Fe晶体、δ-Fe晶体和α-Fe晶体中，分别为面心立方最密堆积、简单立方积堆、面心立方堆积，铁原子的配位数为12、8、6，所以三种晶体的空间利用率分别为74%、68%、52%，据此判断；
D．设铁原子半径为a，根据晶胞结构图，γ-Fe晶体中晶胞的棱长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，δ-Fe晶体中晶胞的棱长为$\frac{4a}{\sqrt{2}}$，α-Fe晶体中晶胞的棱长为2a，据此判断；
（5）Fe_xO有NaCl结构的晶胞，则每个晶胞中有4个Fe_xO，根据$ρ=\frac{4×（56x+16）}{{N}_{A}•{a}^{3}}$可计算得x的值．

解答 解：（1）Fe是26号元素，根据核外电子排布规律可知铁原子基态电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，故答案为：[Ar]3d⁶4s²；
（2）Fe³⁺的电子排布式为[Ar]3d⁵，Fe²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁶，Fe³⁺的3d能级处于半充满状态，是一种较稳定的结构，所以Fe³⁺比Fe²⁺稳定，
故答案为：Fe³⁺；Fe³⁺的电子排布式为[Ar]3d⁵，Fe²⁺的电子排布式为[Ar]3d⁶，Fe³⁺的3d能级处于半充满状态，是一种较稳定的结构；
（3）SCN^-表示中，碳原子都处于中央，碳周围有两个δ键，没有孤电子对，所以碳原子按sp方式杂化，互为等电子体的粒子结构相似，所以根据二氧化碳的结构可判断异硫氰根离子的电子式为，FeCl₃与KSCN在水溶液按1：5反应，反应的化学方程式为FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl，
故答案为：sp；；FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl；
（4）A．根据γ-Fe晶胞结构图，以顶点铁原子为例，每个铁原子周围距离最近的铁原子分布在经过该顶点的12个面的面心上，所以铁的配位数为12，故A正确；
B．δ-Fe晶体和α-Fe晶体都是非密置在三维空间堆积而成的，堆积方式不同，堆积后非密置层的结构会发生变化不变，故B错误；
C．γ-Fe晶体、δ-Fe晶体和α-Fe晶体中，分别为面心立方最密堆积、简单立方积堆、面心立方堆积，铁原子的配位数为12、8、6，所以三种晶体的空间利用率分别为74%、68%、52%，故C正确；
D．设铁原子半径为a，根据晶胞结构图，γ-Fe晶体中晶胞的棱长为$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，δ-Fe晶体中晶胞的棱长为$\frac{4a}{\sqrt{2}}$，α-Fe晶体中晶胞的棱长为2a，所以三种晶胞的棱长之比为：2$\sqrt{3}$：3$\sqrt{2}$：3，故D正确；
故选B；
（5）Fe_xO有NaCl结构的晶胞，则每个晶胞中有4个Fe_xO，晶胞的密度为5.71g•cm^-3，晶胞棱长为a=4.28×10^-8cm，根据$ρ=\frac{4×（56x+16）}{{N}_{A}•{a}^{3}}$可得，x=0.92，
故答案为：0.92．

点评 本题主要考查了核外电子排布、电子式、配合物、晶体结构、晶胞的计算等知识，综合性比较强，难度较大，答题时注意晶胞结构的观察和判断．