Question

【題目】鐵系元素是人體必需的微量元素， Fe3+可以與KSCN溶液、苯酚等發(fā)生顯色作用。鎂元素也是人體所必需的陽離子元素之一，它能夠維持核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，對人體抵抗新冠病毒等病毒侵襲起著重要作用。

(1)與SCN互為等電子體且為非極性分子的化學(xué)式為__________(任寫一種)。

(2)普魯士藍(lán)俗稱鐵藍(lán)，晶胞如圖甲所示(K+未畫出)，平均每兩個晶胞立方體中含有一個K+，又知該晶體中鐵元素有+2價和+3價兩種，則Fe3+與Fe2+的個數(shù)比為___________。

(3)血紅素鐵(圖乙)用作鐵強(qiáng)化劑，其吸收率比一般鐵劑高3倍，在圖乙中畫出Fe2+與N原子間的化學(xué)鍵(若是配位鍵，需要用箭頭加以表示)_____________

(4)某種磁性氮化鐵的結(jié)構(gòu)如圖2所示，Fe為____________堆積，N隨機(jī)排列在Fe構(gòu)成的正四面體空隙中，空隙的占有率為，則該化合物的化學(xué)式為___________。 其中鐵原子最近的鐵原子的個數(shù)為________；氮化鐵晶胞底邊長為a nm，高為c nm，則這種磁性氮化鐵的晶體密度為______ g·cm-3 (用含a、c和NA的計算式表示)。

Answer 1

【答案】CO2 (或CS2、BeCl2) 1：1 六方最密 Fe3N 12

【解析】

根據(jù)同族替換和等量代換原則找等電子體。根據(jù)均攤法和電荷守恒確定晶體的化學(xué)式。根據(jù)N原子的電子層結(jié)構(gòu)和成鍵特點(diǎn)分析其在配合物中的成鍵情況。根據(jù)原子的空間排列特點(diǎn)分析其堆積方式，根據(jù)均攤法確定晶體的化學(xué)式，進(jìn)一步根據(jù)晶胞的質(zhì)量和體積求其密度。

(1) SCN由3個原子組成，其價電子總數(shù)為16，根據(jù)同族替換和等量代換原則，可以找到多種等電子體，其中與SCN互為等電子體且為非極性分子有CO2 、CS2或BeCl2等。

(2)由普魯士藍(lán)的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖及量中說明可知，Fe原子位于晶胞的頂點(diǎn)，CN-位于棱邊，平均每兩個晶胞立方體中含有一個K+，平均每個晶胞中占有1個Fe原子、3個CN-，K+、Fe原子、CN-的個數(shù)比為1:2:6，又知該晶體中鐵元素有+2價和+3價兩種，根據(jù)電荷守恒可知，1+3N(Fe3+)+2N(Fe2+)=6，N為正整數(shù)，則N(Fe3+)=N(Fe2+)=1，Fe3+與Fe2+的個數(shù)比為1:1。

(3)由血紅素鐵結(jié)構(gòu)示意圖可知，由于N原子最外層有5個電子，每個N原子必須形成3個σ鍵，因此，其中只有2個形成雙鍵的N原子可以作為配位原子形成配位鍵，另外2個N原子與Fe形成σ鍵，所以， Fe2+與N原子間的化學(xué)鍵可以表示為 。

(4)根據(jù)磁性氮化鐵的結(jié)構(gòu)示意圖可知，Fe位于正六棱柱的12個頂點(diǎn)和2個面心及體內(nèi)，其配位數(shù)為12，呈ABABAB形密置排列，故其為六方最密堆積。在該晶胞中平均占有的Fe原子數(shù)為(12+2+3)=6；N隨機(jī)排列在Fe構(gòu)成的正四面體空隙中，空隙的占有率為，由圖可知，晶胞中有2個N原子，則Fe與N的原子個數(shù)比為3:1，所以該化合物的化學(xué)式為Fe3N。因?yàn)?/span>Fe原子的排列方式為六方最密堆積，所以距離鐵原子最近的鐵原子的個數(shù)為12；氮化鐵晶胞底邊長為a nm，高為c nm，晶胞底面為正六邊形，其面積為6=，則晶胞的體積為，晶胞的質(zhì)量為，則這種磁性氮化鐵的晶體密度為g·cm-3。