Question

3．Mn、Fe均为第四周期过渡元素．请回答下列问题：
（1）Mn元素价电子层的电子排布式为3d⁵4s²，Mn²⁺核外具有的单电子数有5个；
（2）Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道，能与一些分子或离子形成配合物．
①与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的结构特征是具有孤对电子．
②六氰合亚铁离子〔Fe（CN）₆^4-〕中的配体CN^-中C原子的杂化轨道类型是sp，写出一种与CN^-互为等电子体的单质分子的化学式N₂．
（3）三氯化铁常温下为固体，熔点282℃，沸点315℃，在300℃以上易升华．易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂．据此判断三氯化铁的晶体类型为分子晶体
（4）金属铁的晶体在不同的温度下有两种堆积方式，晶体分别如图所示．体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为：1：2．若铁的面心立方晶胞的边长为x nm，N_A为阿伏伽德罗常数，则金属铁的晶体采用面心立方堆积时的密度为$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3（用含x、N_A的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）Mn元素原子核外有25个电子，根据核外电子排布规律书写价电子层的电子排布式；结合Mn²⁺核外电子排布判断单电子数目；
（2）①与Fe原子或离子具有空轨道，与之形成配合物的分子或离子应具有孤对电子；
②CN^-与N₂互为等电子体，CN^-中C原子与N原子之间形成3对共用电子对，含有1对孤电子对；
（3）三氯化铁常温下为固体，熔沸点低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，应属于分子晶体；
（4）利用均摊法计算晶胞中原子数目，进而计算体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比；
计算铁的面心立方晶胞晶胞质量，根据ρ=$\frac{m}{V}$计算铁的面心立方晶胞的密度．

解答 解：（1）Mn元素原子核外有25个电子，Mn元素为25号元素，核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²，所以价层电子排布式为3d⁵4s²，Mn²⁺核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，3d轨道5个电子为单电子，
故答案为：3d⁵4s²；5；
（2）①与Fe原子或离子具有空轨道，与之形成配合物的分子或离子应具有孤对电子，故答案为：具有孤对电子；
②CN^-与N₂互为等电子体，CN^-中C原子与N原子之间形成3对共用电子对，含有1对孤电子对，杂化轨道数目为2，C原子采取sp杂化，故答案为：sp；N₂；
（3）三氯化铁常温下为固体，熔沸点低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，应属于分子晶体，故答案为：分子晶体；
（4）体心立方结构晶胞中铁原子数为1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方结构晶胞中铁原子数为1+6×$\frac{1}{2}$=4，故两种结构的铁原子数之比为2：4=1：2，
面心立方晶胞晶胞质量为4×$\frac{56}{{N}_{A}}$g，铁的面心立方晶胞的边长为x nm，则面心立方晶胞的密度为：4×$\frac{56}{{N}_{A}}$g÷（x×10^-7cm）³=$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$g•cm^-3，
故答案为：1：2；$\frac{224}{{N}_{A}×（x×1{0}^{-7}）^{3}}$．

点评 本题是对物质结构与性质的考查，涉及核外电子排布、杂化方式判断、等电子体、配位键、晶胞计算、晶体类型与性质等，需要学生具备扎实的基础，难度中等．