Question

【題目】過渡金屬元素及其化合物的應(yīng)用研究是目前科學(xué)研究的前沿之一。請回答下列問題：

二茂鐵[（C5H5）2Fe]的發(fā)現(xiàn)是有機(jī)金屬化合物研究中具有里程碑意義的事件，它開辟了有機(jī)金屬化合物研究的新領(lǐng)域。已知二茂鐵熔點(diǎn)是173℃（在100℃時(shí)開始升華），沸點(diǎn)是249℃。

（1）基態(tài)Fe2+離子的價(jià)電子排布式為_______________________________

（2）二茂鐵屬于___________________晶體；測定表明二茂鐵中所有氫原子的化學(xué)環(huán)境都相同，則二茂鐵的結(jié)構(gòu)應(yīng)為下圖中的________________（選填“a”或“b”）

（3）環(huán)戊二烯（）中C的雜化方式 _______________。1mol環(huán)戊二烯中含有σ鍵的數(shù)目為___________。

（4）分子中的大π鍵可用符號πmn表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為π66），在C5H5—中的每個(gè)碳原子上都有一個(gè)未參與σ鍵的電子，這些電子占據(jù)與環(huán)的平面垂直的p軌道上。C5H5—的大π鍵可以表示為______________。

（5）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。下列說法正確的是_______

A．γ﹣Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個(gè)

B．α﹣Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個(gè)

C．若δ﹣Fe晶胞邊長為acm，α﹣Fe晶胞邊長為bcm，則兩種晶體密度比為2b3：a3

D．將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型相同

（6）Fe能形成多種氧化物，其中FeO晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型。晶體中實(shí)際上存在空位、錯(cuò)位、雜質(zhì)原子等缺陷，晶體缺陷對晶體性質(zhì)會產(chǎn)生重大影響。由于晶體缺陷，晶體中Fe和O的個(gè)數(shù)比發(fā)生了變化，變?yōu)?/span>FexO（x＜1），若測得某FexO晶體密度為5.71gcm-3，晶胞邊長為4.28×10-10 m，則FexO中x=_____（用代數(shù)式表示，不要求算出具體結(jié)果）。

Answer 1

【答案】 3d6 分子晶體 b sp2、sp3 11NA π55 BC —

【解析】分析：本題考查價(jià)電子排布式的書寫、晶體類型的判斷、雜化方式的判斷和σ鍵的計(jì)算、大π鍵的分析、晶胞的分析和計(jì)算。

（1）基態(tài)Fe原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理寫出基態(tài)Fe的核外電子排布式，進(jìn)一步寫出基態(tài)Fe2+的價(jià)電子排布式。

（2）二茂鐵熔、沸點(diǎn)較低，易升華，二茂鐵屬于分子晶體。a中有3種化學(xué)環(huán)境的H原子，b中只有1種化學(xué)環(huán)境的H原子，二茂鐵的結(jié)構(gòu)為圖b。

（3）環(huán)戊二烯中4個(gè)雙鍵C原子為sp2雜化，1個(gè)飽和C原子為sp3雜化。1個(gè)環(huán)戊二烯分子中有6個(gè)C-H鍵、3個(gè)碳碳單鍵、2個(gè)碳碳雙鍵，單鍵全為σ鍵，雙鍵中有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，1個(gè)環(huán)戊二烯分子中有11個(gè)σ鍵。

（4）在C5H5-中的每個(gè)碳原子上都有一個(gè)未參與σ鍵的電子，這些電子占據(jù)與環(huán)的平面垂直的p軌道上，5個(gè)碳原子的5個(gè)p軌道肩并肩重疊形成大π鍵，其大π鍵可表示為π55。

（5）γ-Fe晶體中Fe的配位數(shù)為12；α-Fe晶體中Fe的配位數(shù)為6；用“均攤法”確定晶胞中原子個(gè)數(shù)，根據(jù)晶胞邊長計(jì)算晶胞的體積，由晶胞體積、晶胞中原子個(gè)數(shù)和NA計(jì)算1mol晶體體積，進(jìn)一步計(jì)算晶體的密度。

（6）用“均攤法”確定晶胞中微粒的個(gè)數(shù)，由晶胞邊長計(jì)算晶胞的體積，根據(jù)晶胞體積、晶胞中原子個(gè)數(shù)、NA計(jì)算1mol晶體的體積，1mol晶體體積和晶體密度計(jì)算1mol晶體的質(zhì)量，1mol晶體的質(zhì)量以g為單位數(shù)值上等于相對分子質(zhì)量，進(jìn)一步計(jì)算x。

詳解：（1）基態(tài)Fe原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理，基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，基態(tài)Fe2+離子的核外電子排布式為[Ar]3d6，基態(tài)Fe2+離子的價(jià)電子排布式為3d6。

（2）二茂鐵熔點(diǎn)（173℃）、沸點(diǎn)（249℃）較低，易升華（在100℃時(shí)開始升華），二茂鐵屬于分子晶體。a中有3種化學(xué)環(huán)境的H原子，b中只有1種化學(xué)環(huán)境的H原子，二茂鐵中所有H原子的化學(xué)環(huán)境都相同，二茂鐵的結(jié)構(gòu)為圖b。

（3）環(huán)戊二烯中4個(gè)雙鍵C原子為sp2雜化，1個(gè)飽和C原子為sp3雜化。1個(gè)環(huán)戊二烯分子中有6個(gè)C-H鍵、3個(gè)碳碳單鍵、2個(gè)碳碳雙鍵，單鍵全為σ鍵，雙鍵中有1個(gè)σ鍵和1個(gè)π鍵，1個(gè)環(huán)戊二烯分子中有11個(gè)σ鍵，1mol環(huán)戊二烯中含11molσ鍵，1mol環(huán)戊二烯中含σ鍵的數(shù)目為11NA。

（4）在C5H5-中的每個(gè)碳原子上都有一個(gè)未參與σ鍵的電子，這些電子占據(jù)與環(huán)的平面垂直的p軌道上，5個(gè)碳原子的5個(gè)p軌道肩并肩重疊形成大π鍵，其大π鍵可表示為π55。

（5）A項(xiàng)，γ-Fe晶體屬于面心立方最密堆積，γ-Fe晶體中Fe的配位數(shù)為12，即γ-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，α-Fe晶體屬于簡單立方堆積，α-Fe晶體中Fe的配位數(shù)為6，即α-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個(gè)，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，用“均攤法”，1個(gè)δ-Fe晶胞中含Fe：8+1=2個(gè)，1個(gè)α-Fe晶胞中含Fe：8=1個(gè)，δ-Fe晶胞的體積為a3cm3，1molδ-Fe晶體的體積為a3cm32NA，α-Fe晶胞的體積為b3cm3，1molα-Fe晶體的體積為b3cm3NA，則δ-Fe晶體與α-Fe晶體的密度之比為b3：=2b3：a3，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，分別得到α-Fe、δ-Fe，得到的晶體類型不同，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選BC。

（6）晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，1個(gè)晶胞中含4個(gè)O2-；晶胞的體積為（4.2810-8cm）3，1mol晶體的體積為（4.2810-8cm）34NA，1mol晶體的質(zhì)量為5.71g/cm3[（4.2810-8cm）34NA]=g，F(xiàn)exO的相對分子質(zhì)量為，56x+16=，F(xiàn)exO中x=-。