Question

3．硼、碳、氮、氟、硫、鐵等元素的化合物廣泛存在于自然界，回答下列問題：
（1）基態(tài)鐵原子的外圍電子排布式為3d⁶4s²；Fe³⁺比Fe²⁺穩(wěn)定的原因是Fe³⁺的3d軌道為半充滿狀態(tài)．
（2）第二周期中，元素的第一電離能處于B與N之間的元素有3種．
（3）NF₃是微電子工業(yè)中優(yōu)良的等離子刻蝕氣體，NF₃分子的空間構(gòu)型為三角錐形；在NF₃中，N原子的雜化軌道類型為sp³．
（4）與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價鍵，層間作用力為范德華力．
（5）S和Fe形成的某化合物，其晶胞如圖所示，則該物質(zhì)的化學(xué)式為FeS．假設(shè)該晶胞的密度為ρ g/cm³，用N_A表示阿伏加德羅常數(shù)，則該晶胞中距離最近的S原子之間的距離為（列出計(jì)算式即可）$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）基態(tài)鐵原子的外圍電子為其3d、4s電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其外圍電子排布式；各軌道處于全滿、半滿、全空為穩(wěn)定狀態(tài)；
（2）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于相鄰元素；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5-3×1}{2}$=1、價層電子對數(shù)=3+1=4，雜化軌道數(shù)目為4；
（4）在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價鍵，層間作用力為范德華力；
（5）該晶胞中Fe原子個數(shù)是4、S原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根據(jù)S和Fe原子個數(shù)之比確定化學(xué)式；
該晶胞中距離最近的S原子之間的距離為晶胞棱長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍．

解答 解：（1）基態(tài)鐵原子的外圍電子為其3d、4s電子，根據(jù)構(gòu)造原理書寫其外圍電子排布式為3d⁶4s²；各軌道處于全滿、半滿、全空為穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)e³⁺的3d軌道為半充滿狀態(tài)，化學(xué)性質(zhì)比Fe²⁺穩(wěn)定，
故答案為：3d⁶4s²；Fe³⁺的3d軌道為半充滿狀態(tài)；
（2）同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢，但第IIA族、第VA族元素第一電離能大于相鄰元素，根據(jù)電離能的變化規(guī)律，半充滿的N原子和全充滿的Be原子第一電離能要比同周期原子序數(shù)大的原子高，故第一電離能介于B、N之間的第二周期元素有Be、C、O三種元素，
故答案為：3；
（3）NF₃分子中N原子孤電子對數(shù)=$\frac{5-3×1}{2}$=1、價層電子對數(shù)=3+1=4，為三角錐形結(jié)構(gòu)，N原子雜化軌道數(shù)目為4，采取sp³雜化，
故答案為：三角錐形；sp³；
（4）在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為共價鍵，層間作用力為范德華力，故答案為：共價鍵；范德華力；
（5）該晶胞中Fe原子個數(shù)是4、S原子個數(shù)=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，根據(jù)S和Fe原子個數(shù)之比確定化學(xué)式為FeS；
該晶胞體積=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{ρ}$=$\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}$cm³，晶胞棱長=$\root{3}{\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm，該晶胞中距離最近的S原子之間的距離為晶胞棱長的$\frac{\sqrt{2}}{2}$倍，為$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{\frac{88}{{N}_{A}}×4}{ρ}}$cm=$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：FeS；$\frac{\sqrt{2}}{2}$×$\root{3}{\frac{352}{ρ{N}_{A}}}$cm．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高頻考點(diǎn)，涉及晶胞計(jì)算、原子核外電子排布、微粒空間構(gòu)型判斷等知識點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷計(jì)算能力，難點(diǎn)是晶胞計(jì)算，題目難度中等．