Question

8．过渡金属元素钛能形成多种化合物，如：K₃[Fe（SCN）₆][硫氰合铁（Ⅲ）]和Fe（CO）_x等．
（1）①基态Fe³⁺的M层电子排布式为3s²3p⁶3d⁵．
②请解释+3价铁的化合物较+2价铁的化合物稳定的原因+3价铁3d轨道有5个电子，处于半充满状态较稳定．
③对使用含铁配合物检验Fe²⁺离子的离子方程式3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x=5．
（3）FeBr₂为只含有离子键的离子化合物，其晶胞结构如图a，距一个Fe²⁺离子最近的所有Br^-离子为顶点构成的几何体为立方体．
（4）另一种金属单质晶体中原子的堆积方式如下图甲所示，其晶胞特征如下图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如下图中丙所示．
   若已知该原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，原子的相对原子质量为M，请回答：
   ①晶胞中金属原子的配位数为12． 
   ②该晶体的密度为$\frac{\sqrt{2}M}{8{d}^{3}{N}_{A}}$．（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）①Fe原子核外电子数为26，原子形成阳离子先按能层高低失去电子，能层越高的电子越容易失去，同一能层中按能级高低失去电子，能级越高越容易失去；
②因为+3价铁3d轨道有5个电子，处于半充满的稳定结构，而+2价铁3d轨道有6个电子，不是半充满的稳定结构；
③用K₃[Fe（CN）₆]检验Fe²⁺离子，反应生成铁氰化亚铁蓝色沉淀；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2，据此判断x值；
（3）晶胞中小黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球数目为8，则小黑色球为Fe²⁺、大黑色球为Br^-，以上面面心的Fe²⁺研究，与之最近的Br^-有8个，位于上面所在2个晶胞中；
（4）①该金属属于面心立方堆积，以顶点原子研究，与之相邻的原子位于面心，每个顶点原子为12面共用；
②由均摊法可知，晶胞中金属原子数目为4，据此计算晶胞质量，该原子半径为d，面上对角线3个原子相邻，则晶胞棱长为2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$d，进而计算晶胞体积，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算晶体体积．

解答 解：（1）①Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe³⁺，Fe³⁺电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵ ，则M层电子排布式为：3s²3p⁶3d⁵，
故答案为：3s²3p⁶3d⁵；
②因为+3价铁3d轨道有5个电子，处于半充满的稳定结构，能量较低，而+2价铁3d轨道有6个电子，不是半充满的稳定结构，所以+3价铁的化合物较+2价铁的化合物稳定，
故答案为：+3价铁3d轨道有5个电子，处于半充满状态较稳定；
③用K₃[Fe（CN）₆]检验Fe²⁺离子，反应生成铁氰化亚铁蓝色沉淀，反应离子方程式为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，
故答案为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是铁原子，其价电子数是8，每个配体提供的电子数是2，则8+2x=18，解得x=5，
故答案为：5；
（3）晶胞中小黑色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球数目为8，则小黑色球为Fe²⁺、大黑色球为Br^-，以上面面心的Fe²⁺研究，与之最近的Br^-有8个，位于上面所在上、下2个晶胞中，8个Br^-离子为顶点构成的几何体是立方体，
故答案为：立方体；
①该金属属于面心立方堆积，以顶点原子研究，与之相邻的原子位于面心，每个顶点原子为12面共用，故金属原子的配位数为12，
故答案为：12；
②由金属晶胞结构可知，晶胞中金属原子数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞质量为4×$\frac{M}{{N}_{A}}$，该原子半径为d，面上对角线3个原子相邻，则晶胞棱长为4d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$d，故晶胞体积（2$\sqrt{2}$d）³，则该晶体的密度为 4×$\frac{M}{{N}_{A}}$÷（2$\sqrt{2}$d）³=$\frac{\sqrt{2}M}{8{d}^{3}{N}_{A}}$，
故答案为：$\frac{\sqrt{2}M}{8{d}^{3}{N}_{A}}$．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、配合物、晶胞结构与计算、亚铁离子检验等，（1）中亚铁离子检验为易错点，只在电化学防护科学探究中出现，难度中等．