Question

8．過渡金屬元素鈦能形成多種化合物，如：K₃[Fe（SCN）₆][硫氰合鐵（Ⅲ）]和Fe（CO）_x等．
（1）①基態(tài)Fe³⁺的M層電子排布式為3s²3p⁶3d⁵．
②請解釋+3價(jià)鐵的化合物較+2價(jià)鐵的化合物穩(wěn)定的原因+3價(jià)鐵3d軌道有5個(gè)電子，處于半充滿狀態(tài)較穩(wěn)定．
③對使用含鐵配合物檢驗(yàn)Fe²⁺離子的離子方程式3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子價(jià)電子數(shù)與配體提供電子數(shù)之和為18，則x=5．
（3）FeBr₂為只含有離子鍵的離子化合物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖a，距一個(gè)Fe²⁺離子最近的所有Br^-離子為頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體為立方體．
（4）另一種金屬單質(zhì)晶體中原子的堆積方式如下圖甲所示，其晶胞特征如下圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如下圖中丙所示．
   若已知該原子半徑為d，NA代表阿伏加德羅常數(shù)，原子的相對原子質(zhì)量為M，請回答：
   ①晶胞中金屬原子的配位數(shù)為12． 
   ②該晶體的密度為$\frac{\sqrt{2}M}{8f4qv9y5^{3}{N}_{A}}$．（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）①Fe原子核外電子數(shù)為26，原子形成陽離子先按能層高低失去電子，能層越高的電子越容易失去，同一能層中按能級高低失去電子，能級越高越容易失去；
②因?yàn)?3價(jià)鐵3d軌道有5個(gè)電子，處于半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而+2價(jià)鐵3d軌道有6個(gè)電子，不是半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；
③用K₃[Fe（CN）₆]檢驗(yàn)Fe²⁺離子，反應(yīng)生成鐵氰化亞鐵藍(lán)色沉淀；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價(jià)電子數(shù)是8，每個(gè)配體提供的電子數(shù)是2，據(jù)此判斷x值；
（3）晶胞中小黑色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球數(shù)目為8，則小黑色球?yàn)镕e²⁺、大黑色球?yàn)锽r^-，以上面面心的Fe²⁺研究，與之最近的Br^-有8個(gè)，位于上面所在2個(gè)晶胞中；
（4）①該金屬屬于面心立方堆積，以頂點(diǎn)原子研究，與之相鄰的原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)原子為12面共用；
②由均攤法可知，晶胞中金屬原子數(shù)目為4，據(jù)此計(jì)算晶胞質(zhì)量，該原子半徑為d，面上對角線3個(gè)原子相鄰，則晶胞棱長為2d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$d，進(jìn)而計(jì)算晶胞體積，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算晶體體積．

解答 解：（1）①Fe原子核外有26個(gè)電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，F(xiàn)e原子失去4s能級2個(gè)電子、3d能級1個(gè)電子形成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵ ，則M層電子排布式為：3s²3p⁶3d⁵，
故答案為：3s²3p⁶3d⁵；
②因?yàn)?3價(jià)鐵3d軌道有5個(gè)電子，處于半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能量較低，而+2價(jià)鐵3d軌道有6個(gè)電子，不是半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以+3價(jià)鐵的化合物較+2價(jià)鐵的化合物穩(wěn)定，
故答案為：+3價(jià)鐵3d軌道有5個(gè)電子，處于半充滿狀態(tài)較穩(wěn)定；
③用K₃[Fe（CN）₆]檢驗(yàn)Fe²⁺離子，反應(yīng)生成鐵氰化亞鐵藍(lán)色沉淀，反應(yīng)離子方程式為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，
故答案為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]³⁺=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓；
（2）配合物Fe（CO）_x的中心原子是鐵原子，其價(jià)電子數(shù)是8，每個(gè)配體提供的電子數(shù)是2，則8+2x=18，解得x=5，
故答案為：5；
（3）晶胞中小黑色球數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，大黑色球數(shù)目為8，則小黑色球?yàn)镕e²⁺、大黑色球?yàn)锽r^-，以上面面心的Fe²⁺研究，與之最近的Br^-有8個(gè)，位于上面所在上、下2個(gè)晶胞中，8個(gè)Br^-離子為頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何體是立方體，
故答案為：立方體；
①該金屬屬于面心立方堆積，以頂點(diǎn)原子研究，與之相鄰的原子位于面心，每個(gè)頂點(diǎn)原子為12面共用，故金屬原子的配位數(shù)為12，
故答案為：12；
②由金屬晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中金屬原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質(zhì)量為4×$\frac{M}{{N}_{A}}$，該原子半徑為d，面上對角線3個(gè)原子相鄰，則晶胞棱長為4d×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$d，故晶胞體積（2$\sqrt{2}$d）³，則該晶體的密度為 4×$\frac{M}{{N}_{A}}$÷（2$\sqrt{2}$d）³=$\frac{\sqrt{2}M}{84jmtq4u^{3}{N}_{A}}$，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}M}{8iveis1s^{3}{N}_{A}}$．

點(diǎn)評 本題是對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、配合物、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、亞鐵離子檢驗(yàn)等，（1）中亞鐵離子檢驗(yàn)為易錯(cuò)點(diǎn)，只在電化學(xué)防護(hù)科學(xué)探究中出現(xiàn)，難度中等．