1、题组39物质结构与性质1.以铁矿石(Fe2O3)为起始物,经过一系列反应可以得到Fe3Fe(CN)62和Fe(SCN)3,请回答下列问题:(1)写出Fe的原子结构示意图,O原子的核外电子轨道表达式为。(2)KSCN是检验Fe3+的试剂之一,与SCN-互为等电子体的一种分子为。如图是SCN-与Fe3+形成的一种配离子,画出该配离子中的配位键(以箭头表示)。(3)K3Fe(CN)6晶体中Fe3+与CN-之间的键型为 ,该化学键能够形成的原因是。(4)K3Fe(CN)5NO的组成元素中,属于第2周期的元素的第一电离能由小到大的顺序是,该配合物中原子序数最小的元素与氢元素形成的相对分子质量为92的芳香
2、化合物中,中心原子的杂化轨道类型是。(5)把氯气通入黄血盐K4Fe(CN)6溶液中,得到赤血盐K3Fe(CN)6,写出该变化的化学方程式:。(6)FeO晶胞结构如图所示,FeO晶体中Fe2+配位数为,若该晶胞边长为a cm,则该晶体密度为gcm-3(阿伏加德罗常数的值为NA)。答案(1) (2)CO2(或N2O、CS2、COS,任写一种即可)(3)配位键CN-能提供孤对电子,Fe3+能接受孤对电子(或Fe3+有空轨道)(4)CONsp2、sp3杂化(5)2K4Fe(CN)6+Cl2 2K3Fe(CN)6+2KCl(6)6288a3NA解析(1)Fe为26号元素,位于第4周期第族,Fe原子核外电
3、子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,最外层有2个电子,则次外层有14个电子,其原子结构示意图为;O原子核外电子的轨道表达式为。SCN-中含有3个原子,且其价电子数是16,与SCN-互为等电子体的分子有CO2、N2O、CS2、COS等;S、O都有孤对电子,可以提供孤对电子,与铁离子形成配位键。(3)K3Fe(CN)6晶体中Fe3+与CN-之间的键型为配位键,因为CN-能提供孤对电子,Fe3+能接受孤对电子(或Fe3+有空轨道),所以二者之间形成配位键。(4)配合物K3Fe(CN)5NO中处于第2周期的元素为C、N、O,同周期元素,第一电离能从左到右,呈增大趋势,故C最小;N原子
4、2p轨道处于半充满状态,较为稳定,第一电离能高于O,故第一电离能:COPFe(5)343168NA低于解析(1)P原子序数为15,价电子排布图为,位于周期表p区。(2)第三周期中第一电离能位于铝元素和磷元素之间的有镁元素、硅元素、硫元素。(3)P4空间构型为,磷原子的杂化方式为sp3;1 mol P4含6 mol 键,3.1 g白磷含键数为3.11246NA=0.15NA。(4)Fe原子序数为26,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,Fe3+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d5。(5)晶胞中B原子数为4,P原子数为818+612=4,一个晶胞中有4个BP
5、,设晶胞棱长为x cm,则=42NA4x3,x=3168NA,B与P最近距离为34x cm(体对角线的14),即343168NA cm;金刚石由碳原子构成,磷原子、硼原子半径均大于碳原子半径,故估测磷化硼晶体的熔点低于金刚石。3.铝、铁和铜都是日常生活中常见的金属,有着广泛的用途。请回答下列问题:(1)铝原子的价电子排布图为。(2)K3Fe(CN)6溶液可用于检验Fe2+,实验现象是。CN-与N2互为等电子体,则CN-的电子式为。(3)向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水,首先形成难溶物,继续加氨水,难溶物溶解,得到深蓝色的透明溶液;若加入极性较小的溶剂(如乙醇),将析出深蓝色的晶体。与铜同一周
6、期的副族元素的基态原子中最外层电子数与铜原子相同的元素为(填元素符号)。实验时形成的深蓝色溶液中的阳离子的化学式为 。SO42-的立体构型为,其中S原子的杂化轨道类型为。(4)某种Al-Fe合金的晶胞如图所示,该合金的化学式为。若晶胞的边长为a nm,则合金的密度为gcm-3。答案(1) (2)产生蓝色沉淀(3)CrCu(NH3)42+正四面体形sp3杂化(4)Fe2Al(或AlFe2)5.561023a3NA解析(1)铝的核电荷数是13,则铝原子的价电子排布图为。(2)含Fe2+的溶液与K3Fe(CN)6溶液反应生成蓝色沉淀;CN-的电子式为。(3)铜的外围电子排布式为3d104s1,铬的外
7、围电子排布式为3d54s1,它们的最外层电子数相同。SO42-中S原子的价层电子对数为6+22=4,孤电子对数为(6+2-42)2=0,所以SO42-的立体构型是正四面体形,其中S原子的杂化轨道类型是sp3杂化。(4)晶胞中含有Fe原子个数为188+1412+126+1=8,含有Al原子数为4,因此化学式为Fe2Al(或AlFe2)。设该晶胞的密度为 gcm-3,则有 gcm-3(a10-7cm)3=4NA(562+27)g,则=5.561023a3NA。4.(1)太阳能热水器吸热涂层常使用一种以镍或镍合金制成的空心球作吸收剂,基态镍原子的外围电子排布式为。(2)Mn和Fe的部分电离能数据如下
8、表:元素MnFe电离能/(kJmol-1)I1717759I21 5091 561I33 2482 957根据表中数据可知,气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难,其原因是。(3)由氧、镍和碳三种元素组成的化合物四羰基镍Ni(CO)4为无色挥发性剧毒液体,熔点为-25 ,沸点为43 ,不溶于水,易溶于乙醇、乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂。四羰基镍的晶体类型是,写出一种与其配体互为等电子体的物质的化学式。(4)血红素铁是血液的重要组成部分,其结构如下图。其中C原子的杂化方式为,N与Fe之间存在的相互作用是。在人体内合成血红素铁的基本原料之一为甘氨酸(),甘氨酸分子中的键和键的个数
9、比为。(5)Ni2+和Fe2+的半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiOFeO(填“”)。(6)“嫦娥”三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分钡钛矿的晶体结构如图所示,边长为a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。O元素与H元素形成的简单化合物的空间构型为。写出该晶体的化学式:。若该晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a=。答案(1)3d84s2(2)Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态,而Fe2+转化为Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充
10、满状态(3)分子晶体N2(4)sp2、sp3杂化极性共价键、配位键91(5)(6)V形BaTiO33233NA解析(1)Ni是28号元素,基态镍原子的外围电子排布式为3d84s2。(3)四羰基镍Ni(CO)4的熔、沸点较低,所以四羰基镍的晶体类型是分子晶体;该物质的配体是CO,与CO互为等电子体的分子是N2。(4)血红素铁中C原子的杂化方式为sp2、sp3杂化。N与Fe之间存在的相互作用力是极性共价键、配位键。甘氨酸分子中的共价单键是键,一个双键中有一个键和一个键,故键与键的个数比为91。(5)NiO与FeO形成的晶体都是离子晶体,构成离子晶体的离子半径越小,所带电荷数越多,晶格能越大,熔点就越高,Ni2+的半径小于Fe2+的半径,所以NiO的熔点大于FeO的熔点。(6)O元素与H元素形成的简单化合物H2O的空间构型为V形。根据晶胞结构图可知:一个晶胞中Ba2+个数为1,Ti4+个数为81/8=1,O2-个数为121/4=3,所以该晶体的化学式为BaTiO3。由于晶胞为立方体,边长为a cm,一个晶胞中含有一个“BaTiO3”,若该晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度=mV=233NAa3=233a3NA,可得a=3233NA。
