Question

随着石油资源的日趋紧张，天然气资源的开发利用受到越来越多的关注．以天然气（主要成分CH₄）为原料合成气（主要成分
CO、H₂）制化学品，是目前天然气转化利用的主要技术路线．而采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe（CO）₅]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒．
请问答下列问题：
（1）Fe（CO）₅中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式

[Ar]3d⁶4s²

．
（2）原子数目和电子总数（或价电子总数）相同的微粒互为等电子体，等电子体具有相似的结构特征．与CO分子互为等电子体的分子和离子分别为

N₂

和

CN^-

（填化学式），CO分子的结构式可表示成

C≡O

．
（3）Fe（CO）₅常温下呈液态，熔点为-20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂．据此可判断Fe（CO）₅晶体为

分子晶体

（填晶体类型）．
（4）在CH₄、CO、CH₃OH中，碳原子采取sp³杂化的分子有

CH₄、CH₃OH

，CH₃OH的熔、沸点比CH₄的熔、沸点比高，其主要原因是

CH₃OH形成分子间氢键

．

Answer 1

分析：（1）Fe的原子序数为26，利用电子排布规律来书写电子排布式；
（2）原子数电子数相等的微粒叫等电子体；
（3）Fe（CO）₅常温下呈液态，熔沸点较低，应为分子晶体；
（4）判断原子采取杂化方式时，先根据价层电子对互斥理论判断价层电子对，然后再确定采取的杂化方式，如：如果是直线型，采取的就是SP杂化；氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间相互作用，称为氢键．

解答：解：（1）Fe的原子序数为26，则基态电子排布式为[Ar]3d⁶4s²，故答案为：[Ar]3d⁶4s²；
（2）CO分子中C原子上有一对孤对电子，C、O原子都符合8电子稳定结构，则CO的结构式为C≡O，又等电子体中原子数和价电子数都相同，则 N₂、CN^-、CO的原子数都是2，价电子数都是10，则互为等电子体，
故答案为：N₂；CN^-；C≡O；
（3）Fe（CO）₅常温下呈液态，熔沸点较低，易溶于非极性溶剂，应为分子晶体，
故答案为：分子；
（4）判断原子采取杂化方式时，先根据价层电子对互斥理论判断价层电子对，然后再确定采取的杂化方式．价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数，σ键电子对数=σ键个数=中心原子结合的原子个数，中心原子上的孤电子对数=

1

2

（a-xb），说明：对于分子，a为中心原子的价电子数，x为配位原子个数，b为配位原子最多能接受的电子数．在CH₄中价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp³杂化．
在CO分子中价层电子对数=σ键电子对数（1）+中心原子上的孤电子对数（1），所以碳原子采取sp杂化．
CH₃OH中，价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp³杂化；CH₃OH形成分子间氢键，沸点升高，
故答案为：CH₄、CH₃OH；CH₃OH形成分子间氢键．

点评：本题考查物质的结构与性质，注重对电子排布、晶体类型、熔沸点比较等，难度中等，（4）是学生解答中的难度，注意根据氢键来解答．