Question

13．铁与人类密切相关，几乎无处不在，地壳中大约5%是铁，是含量仅次于铝的金属．它的单质及化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途．根据所学知识回答下列问题：

（1）基态铁原子的电子占据最高的能层的符号为N，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）下列关于铁的说法，正确的是AB（填选项字母）
A．基态铁原子的电子排布式1s²2s²2p⁶3s²3p¹⁰3d²4s²肯定违反了泡利原理
B．铁属于黑色金属，在周期表中属于d区元素
C．铁丝可用于焰色反应实验时蘸取待测物，是由于铁在光谱图中无特征的谱线
D．Fe能与CO形成配合物Fe（CO）₅，1mol Fe（CO）₅中含有的σ键数是5N_A
（3）某铁的化合物结构简式如下图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．
（4）类卤素离子SCN^-可用于Fe³⁺的检验，其对应的酸有两种，分别为硫氰酸（H-S-C≡N ）和异硫氰酸（H-N=C=S），这两种酸中沸点较高的是异硫氰酸．
（5）铁单质的晶体在不同温度下有两种原子堆积方式，晶胞分别如图2中A、B所示，若铁原子的半径是rcm，则这两种晶体密度之比是$\frac{3\sqrt{6}}{8}$．

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）A．3p能级有3个轨道，最多容纳6个电子；
B．黑色金属包括铁、铬、锰，d区元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素；
C．铁的焰色反应焰色反应发出的光不影响其它金属火焰颜色；
D．Fe（CO）₅分子含有5个配位键，而CO分子中含有1个σ键；
（3）①非金属性越强，元素的电负性越大；
②根据N原子杂化轨道数目确定杂化发生，而杂化轨道数=σ键+孤对电子数，
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；
（4）异硫氰酸中 H-N 键极性强，分子间存在氢键，而硫氰酸分子间只存在分子间作用力；
（5）根据均摊法计算晶胞中Fe原子数目，可以计算晶胞质量之比，图A体心立方密堆积，晶胞棱长长度为$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，图B为面心立方密堆积，晶胞棱长长度为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，结合ρ=$\frac{m}{V}$计算．

解答 解：（1）Fe原子的电子排布式是1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，电子占据最高的能层的符号为N，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：N；5；
（2）A．3p能级有3个轨道，最多容纳6个电子，选项中排列违反了泡利原理，故A正确；
B．黑色金属包括铁、铬、锰，d区元素包括ⅢB～ⅦB、Ⅷ族元素，故B正确；
C．铁的焰色反应焰色反应发出的光不影响其它金属火焰颜色，故C错误
D．Fe（CO）₅分子含有5个配位键，而CO分子中含有1个σ键，1molFe（CO）₅中含有的σ键数是6N_A，故D错误，
故选：AB；
（3）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：；
（4）异硫氰酸中 H-N 键极性强，分子间存在氢键，而硫氰酸分子间只存在分子间作用力，所以异硫氰酸的沸点高于硫氰酸，
故答案为：异硫氰酸；
（5）图A体心立方密堆积，晶胞中Fe原子数目为1+8×$\frac{1}{8}$=2，晶胞棱长长度为$\frac{4r}{\sqrt{3}}$cm，图B为面心立方密堆积，晶胞中Fe原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞棱长长度为$\frac{\sqrt{2}}{2}$×4r=2$\sqrt{2}$r cm，晶胞质量之比为2：4=1：2，则A、B两种晶体密度之比是$\frac{1}{（\frac{4r}{\sqrt{3}}）^{3}}$：$\frac{2}{（2\sqrt{2r}）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{6}}{8}$，
故答案为：$\frac{3\sqrt{6}}{8}$．

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、氢键、晶胞计算等，（3）中配位键判断为易错点，（5）中掌握均摊法进行晶胞计算，关键是理解原子半径与晶胞棱长关系，需要学生具备一定的数学计算能力．