Question

12．（A）在晶體中，微觀粒子是有規(guī)律排布的．而實際上的晶體與理想結(jié)構(gòu)或多或少會產(chǎn)生偏離，這種偏離稱為晶體的缺陷．由于晶體缺陷，氧化鐵Fe_xO中的x常常不確定．

（1）請寫出鐵原子基態(tài)電子排布式[Ar]3d⁶4s²．
（2）Fe²⁺與Fe³⁺相比，較穩(wěn)定的是Fe³⁺，請從二者結(jié)構(gòu)上加以解釋Fe³⁺的電子排布式為[Ar]3d⁵，F(xiàn)e²⁺的電子排布式為[Ar]3d⁶，F(xiàn)e³⁺的3d能級處于半充滿狀態(tài)，是一種較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)．
（3）硫氰根離子和異硫氰根離子都可用SCN^-表示，碳原子都處于中央，則碳原子的軌道雜化類型為sp．其中異硫氰根離子與CO₂是等電子體，異硫氰根離子的電子式為．Fe³⁺與SCN^-可以形成配位數(shù)1～6的配離子，若Fe³⁺與SCN^-以個數(shù)比1：5配合，則FeCl₃與KSCN在水溶液中發(fā)生反應的化學方程式可以表示為FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl．
（4）如圖：鐵有δ、γ、α三種同素異形體，三種晶體在不同溫度下能發(fā)生轉(zhuǎn)化．δ-Fe$\stackrel{1394℃}{?}$γ-Fe$\stackrel{912℃}{?}$α-Fe
下列說法不正確的是B
A．γ-Fe晶體中，鐵原子的配位數(shù)為12
B．δ-Fe晶體和α-Fe晶體都是非密置在三維空間堆積而成的，堆積后非密置層都保持原來的結(jié)構(gòu)不變
C．三種晶體的空間利用率大小為：γ-Fe晶體＞δ-Fe晶體＞α-Fe晶體
D．三種晶胞的棱長之比為：2$\sqrt{3}$：3$\sqrt{2}$：3
（5）Fe_xO有NaCl結(jié)構(gòu)的晶胞．今有某種Fe_xO晶體中就存在如右圖所示的缺陷，其密度為5.71g•cm^-3，晶胞棱長為a=4.28×10^-8cm（已知：4.28³=78.4），則x=0.92．

Answer 1

分析 （1）Fe是26號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫鐵原子基態(tài)電子排布式；
（2）Fe³⁺的電子排布式為[Ar]3d⁵，F(xiàn)e²⁺的電子排布式為[Ar]3d⁶，據(jù)此判斷；
（3）SCN^-表示中，碳原子都處于中央，碳周圍有兩個δ鍵，沒有孤電子對，所以碳原子按sp方式雜化，互為等電子體的粒子結(jié)構(gòu)相似，所以根據(jù)二氧化碳的結(jié)構(gòu)可判斷異硫氰根離子的電子式，F(xiàn)eCl₃與KSCN在水溶液按1：5反應，根據(jù)元素守恒寫出化學方程式；
（4）A．根據(jù)γ-Fe晶胞結(jié)構(gòu)圖判斷；
B．δ-Fe晶體和α-Fe晶體都是非密置在三維空間堆積而成的，堆積方式不同，堆積后非密置層的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化不變；
C．γ-Fe晶體、δ-Fe晶體和α-Fe晶體中，分別為面心立方最密堆積、簡單立方積堆、面心立方堆積，鐵原子的配位數(shù)為12、8、6，所以三種晶體的空間利用率分別為74%、68%、52%，據(jù)此判斷；
D．設鐵原子半徑為a，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，γ-Fe晶體中晶胞的棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，δ-Fe晶體中晶胞的棱長為$\frac{4a}{\sqrt{2}}$，α-Fe晶體中晶胞的棱長為2a，據(jù)此判斷；
（5）Fe_xO有NaCl結(jié)構(gòu)的晶胞，則每個晶胞中有4個Fe_xO，根據(jù)$ρ=\frac{4×（56x+16）}{{N}_{A}•{a}^{3}}$可計算得x的值．

解答 解：（1）Fe是26號元素，根據(jù)核外電子排布規(guī)律可知鐵原子基態(tài)電子排布式為[Ar]3d⁶4s²，故答案為：[Ar]3d⁶4s²；
（2）Fe³⁺的電子排布式為[Ar]3d⁵，F(xiàn)e²⁺的電子排布式為[Ar]3d⁶，F(xiàn)e³⁺的3d能級處于半充滿狀態(tài)，是一種較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所以Fe³⁺比Fe²⁺穩(wěn)定，
故答案為：Fe³⁺；Fe³⁺的電子排布式為[Ar]3d⁵，F(xiàn)e²⁺的電子排布式為[Ar]3d⁶，F(xiàn)e³⁺的3d能級處于半充滿狀態(tài)，是一種較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；
（3）SCN^-表示中，碳原子都處于中央，碳周圍有兩個δ鍵，沒有孤電子對，所以碳原子按sp方式雜化，互為等電子體的粒子結(jié)構(gòu)相似，所以根據(jù)二氧化碳的結(jié)構(gòu)可判斷異硫氰根離子的電子式為，F(xiàn)eCl₃與KSCN在水溶液按1：5反應，反應的化學方程式為FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl，
故答案為：sp；；FeCl₃+5KSCN=K₂[Fe（SCN）₅]+3KCl；
（4）A．根據(jù)γ-Fe晶胞結(jié)構(gòu)圖，以頂點鐵原子為例，每個鐵原子周圍距離最近的鐵原子分布在經(jīng)過該頂點的12個面的面心上，所以鐵的配位數(shù)為12，故A正確；
B．δ-Fe晶體和α-Fe晶體都是非密置在三維空間堆積而成的，堆積方式不同，堆積后非密置層的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化不變，故B錯誤；
C．γ-Fe晶體、δ-Fe晶體和α-Fe晶體中，分別為面心立方最密堆積、簡單立方積堆、面心立方堆積，鐵原子的配位數(shù)為12、8、6，所以三種晶體的空間利用率分別為74%、68%、52%，故C正確；
D．設鐵原子半徑為a，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖，γ-Fe晶體中晶胞的棱長為$\frac{4a}{\sqrt{3}}$，δ-Fe晶體中晶胞的棱長為$\frac{4a}{\sqrt{2}}$，α-Fe晶體中晶胞的棱長為2a，所以三種晶胞的棱長之比為：2$\sqrt{3}$：3$\sqrt{2}$：3，故D正確；
故選B；
（5）Fe_xO有NaCl結(jié)構(gòu)的晶胞，則每個晶胞中有4個Fe_xO，晶胞的密度為5.71g•cm^-3，晶胞棱長為a=4.28×10^-8cm，根據(jù)$ρ=\frac{4×（56x+16）}{{N}_{A}•{a}^{3}}$可得，x=0.92，
故答案為：0.92．

點評 本題主要考查了核外電子排布、電子式、配合物、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞的計算等知識，綜合性比較強，難度較大，答題時注意晶胞結(jié)構(gòu)的觀察和判斷．