Question

16．鐵和銅都是生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛的金屬，能形成很多種合金和化合物，請(qǐng)回答：
（1）基態(tài)Cu⁺的價(jià)層電子排布圖為3d¹⁰，基態(tài)Fe³⁺中有23種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子；
（2）鐵單質(zhì)能形成Fe（CO）₅，其熔點(diǎn)為-21℃，沸點(diǎn)為102.8℃，則Fe（CO）₅晶體的類型為分子晶體，其σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為3：1，與CO互為等電子體的離子符號(hào)為CN^-（任寫一種）；
（3）銅元素的焰色反應(yīng)呈綠色，很多金屬元素能發(fā)生焰色反應(yīng)的微觀原因?yàn)殡娮榆S遷釋放的光能，使灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)特殊的顏色；
（4）[Cu（NH₃）₄]SO₄中，所含基態(tài)非金屬原子的第一電離能由小到大的順序?yàn)镠＜S＜O＜N，陰離子的空間構(gòu)型為正四面體形，其中心原子的雜化軌道類型為sp³；
（5）鐵單質(zhì)的一種晶體的堆積模型為體心立方堆積，晶胞參數(shù)為a pm；銅單質(zhì)的一種晶體的堆積模型為面心立方最密堆積，晶胞參數(shù)為b pm，則兩種晶體中，鐵原子和銅原子的配位數(shù)之比為2：3，晶體的密度之比為7b³：16a³（用代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）核外有13個(gè)電子，則有13種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，據(jù)此書寫價(jià)層電子排布；核外有多少個(gè)個(gè)電子，則有多少種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
（2）分子晶體的熔沸點(diǎn)較低；Fe（CO）₅中含有6個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵；等電子體中原子數(shù)和價(jià)電子數(shù)都相同；
（3）電子躍遷釋放的光能，使灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)特殊的顏色；
（4）同一周期，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族和第VA族元素大于其相鄰元素第一電離能，同一主族元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而減小；SO₄^2-中S原子的價(jià)層電子數(shù)為4，則其雜化軌道類型為sp³，SO₄^2-的空間構(gòu)型為正四面體形；中心原子為Cu的價(jià)層電子數(shù)為4，則其雜化軌道類型為sp³；
（5）體心立方晶胞中每個(gè)Fe原子周圍有8個(gè)Fe原子，面心立方晶胞中每個(gè)Cu原子周圍有12個(gè)Fe原子，故兩者配位數(shù)之比為8：12=2：3；體心立方晶胞邊長(zhǎng)為apm，體積V=a³，含有Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，故a³ρ（體心）=2×$\frac{56}{NA}$，面心立方晶胞邊長(zhǎng)為bpm，體積V=b³，含有Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故b³ρ（面心）=4×$\frac{64}{NA}$，故ρ（體心）：ρ（面心）=7b³：16a³，據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）Cu的核外電子數(shù)為29，則Cu⁺的核外電子數(shù)為28，價(jià)層電子數(shù)為10，故價(jià)層電子排布圖為3d¹⁰；鐵元素的原子序數(shù)為26，基態(tài)Fe³⁺的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，則其含有23種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，
故答案為：3d¹⁰；23；
（2）鐵的另一種配合物Fe（CO）₅熔點(diǎn)為-20.5℃，沸點(diǎn)為103℃，易溶于CCl₄，根據(jù)分子晶體的物理性質(zhì)：分子晶體熔沸點(diǎn)低，易溶于有機(jī)溶劑，所以屬于分子晶體；Fe（CO）₅中含有6個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵，故σ鍵與π鍵的數(shù)目之比為3：1；N₂、CN^-、CO的原子數(shù)都是2，價(jià)電子數(shù)都是10，則互為等電子體，
故答案為：分子晶體；3：1；CN^-；
（3）銅元素的焰色反應(yīng)呈綠色，很多金屬元素能發(fā)生焰色反應(yīng)的微觀原因?yàn)椋弘娮榆S遷釋放的光能，使灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)特殊的顏色，
故答案為：電子躍遷釋放的光能，使灼燒時(shí)火焰呈現(xiàn)特殊的顏色；
（4）同一周期，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而呈增大趨勢(shì)，但第IIA族和第VA族元素大于其相鄰元素第一電離能，同一主族元素，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而減小，所以非金屬元素H、O、S、N的第一電離能由大到小的順序是H＜S＜O＜N，SO₄^2-中S原子的價(jià)層電子數(shù)為4，則其雜化軌道類型為sp³，SO₄^2-的空間構(gòu)型為正四面體形；中心原子為Cu的價(jià)層電子數(shù)為4，則其雜化軌道類型為sp³，
故答案為：H＜S＜O＜N；正四面體形；sp³；
（5）體心立方晶胞中每個(gè)Fe原子周圍有8個(gè)Fe原子，面心立方晶胞中每個(gè)Cu原子周圍有12個(gè)Fe原子，故兩者配位數(shù)之比為8：12=2：3；體心立方晶胞邊長(zhǎng)為apm，體積V=a³，含有Fe原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+1=2，故a³ρ（體心）=2×$\frac{56}{NA}$，面心立方晶胞邊長(zhǎng)為bpm，體積V=b³，含有Cu原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故b³ρ（面心）=4×$\frac{64}{NA}$，故ρ（體心）：ρ（面心）=7b³：16a³，
故答案為：2；3；7b³：16a³．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及核外電子排布、電離能、等電子體、雜化方式、晶胞計(jì)算等，注意理解均攤法進(jìn)行晶胞有關(guān)計(jì)算，理解同周期第一電離能異常情況，難度中等．