Question

【題目】鐵氮化合物(FexNy)在磁記錄材料領域有著廣泛的應用前景。請回答下列問題：

(1)鐵元素基態原子的電子排布式為_________，3d能級上的未成對電子數為_________，能量最高能級的電子云形狀為_________。

(2)Fe3+可用KSCN溶液檢驗，形成的配合物顏色為_________，寫出一個與SCN-具有相同空間構型的分子：_________。

(3)氮元素的最簡單氫化物為氨，氨的沸點_________(填“高于”或“低于”)膦(PH3)，原因是_________。氮元素另一種氫化物聯氨(N2H4)是_________(填“極性”或“非極性”)分子，其中心原子的軌道雜化類型為_________。

(4)鐵的第三電離能(I3)，第四電離能(I4)分別為2957kJ/mol，5290kJ/mol，I4遠大于I3的原因是_________。

(5)鐵和氨氣在640℃可發生置換反應，產物之一的晶胞結構如圖所示，寫出該反應的化學方程式：_________。若兩個最近的Fe原子間的距離為a cm，則該晶體的密度是_________g/cm3(設阿伏加德羅常數的值為NA)。

Answer 1

【答案】[Ar]3d64s2 4 花瓣形 紅色 CO2或CS2 高于 NH3分子間存在氫鍵，導致沸點高于PH3 極性 sp3 Fe3+的3d能級半充滿，結構穩定 8Fe+3NH32Fe4N+3H2

【解析】

（1）鐵元素為26號元素，位于第四周期第Ⅷ族，其基態原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2；d能級有5個原子軌道，按照洪特規則和泡利原理，因此鐵元素的3d能級上未成對電子數為4；按照構造原理，能量最高能級為3d，其電子云形狀為花瓣形；

（2）Fe3＋與SCN－形成配合物，其配合物的顏色為(血)紅色；利用等電子體具有相似化學結構和化學鍵特征，SCN－與CO2互為等電子體，即SCN－的空間構型為直線型，與之相似的還有CS2等；

（3）氨分子間能形成分子間氫鍵，其沸點高于不含分子間氫鍵的PH3；N2H4的結構式為，肼分子含有極性鍵和非極性鍵，每個氮原子都與相鄰的原子形成變形的三角錐形，氮氮單鍵可以旋轉，不一定是對稱結構，因此肼為極性分子；N有三個σ鍵，一個孤電子對，因此雜化類型為sp3；

（4）Fe失去3個電子后，Fe3＋電子排布式為[Ar]3d5，d能級處于半滿，能量低，處于穩定；

（5）根據晶胞的結構，Fe位于頂點和面心，個數為8×1/8＋6×1/2=4，N位于晶胞內部，該晶胞的化學式為Fe4N，鐵和NH3在640℃可發生置換反應，反應方程式為8Fe＋3NH32Fe4N＋3H2，根據晶胞的結構，兩個最近的Fe原子間的距離是面對角線的一半，即晶胞的邊長為acm，晶胞的質量為1×(56×4＋14)/NAg，根據密度定義，得出該晶胞的密度為g/cm3。