Question

2．Mn、Fe均為第四周期過(guò)渡元素，兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表：

元    素		Mn	Fe
電離能 /kJ•mol-1	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

回答下列問(wèn)題：
（1）Fe元素價(jià)電子層的電子排布式為3d⁶4s²，比較兩元素的I₂、I₃可知，氣態(tài)Mn²⁺再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe²⁺再失去一個(gè)電子難．對(duì)此，你的解釋是由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少；
（2）Fe原子或離子外圍有較多能量相近的空軌道而能與一些分子或離子形成配合物．
①與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)特征是具有孤對(duì)電子；
②六氰合亞鐵離子（Fe（CN）₆^4-）中的配體CN^-中C原子的雜化軌道類型是sp；
（3）三氯化鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)282℃，沸點(diǎn)315℃，在300℃以上易升華．易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑．據(jù)此判斷三氯化鐵晶體為分子晶體；
（4）金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞分別如圖所示．面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為2：1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)核外電子排布規(guī)律書寫；原子軌道處于半滿、全滿、全空時(shí)能量更低穩(wěn)定．
（2）①根據(jù)配位鍵形成條件分析，由Fe原子或離子的核外電子排布圖可知，F(xiàn)e原子或離子含有空軌道；
②CN^-中C原子與N原子鍵以三鍵連接，C原子還有一對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)等于δ鍵+孤對(duì)電子；
（3）氯化鐵的晶體熔沸點(diǎn)低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑，符合分子晶體的特征；
（4）利用均攤法計(jì)算．

解答 解：（1）Fe原子是26號(hào)元素，F(xiàn)e原子的基態(tài)核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，所以價(jià)層電子排布式為3d⁶4s²，
由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少，
故答案為：3d⁶4s²； 由Mn²⁺轉(zhuǎn)化為Mn³⁺時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d⁴狀態(tài)需要的能量較多，而Fe²⁺到Fe³⁺時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d⁶到穩(wěn)定的3d⁵半充滿狀態(tài)，需要的能量相對(duì)要少；
（2）①Fe原子或離子含有空軌道，所以，與Fe原子或離子形成配合物的分子或離子應(yīng)具有孤對(duì)電子，
故答案為：具有孤對(duì)電子；
②CN^-中C原子與N原子鍵以三鍵連接，三鍵中有1個(gè)δ鍵、2個(gè)π鍵，C原子還有一對(duì)孤對(duì)電子，雜化軌道數(shù)2，C原子采取sp雜化，
故答案為：sp；
（3）三氯化鐵，其熔點(diǎn)：282℃，沸點(diǎn)315℃，在300℃以上升華，三氯化鐵的晶體熔沸點(diǎn)低，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑，符合分子晶體的特征，故為三氯化鐵分子晶體，
故答案為：分子晶體；
（4）面心立方結(jié)構(gòu)晶胞中鐵原子數(shù)為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，體心立方結(jié)構(gòu)晶胞中鐵原子數(shù)為1+8×$\frac{1}{8}$=2，面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe的鐵原子數(shù)之比為4：2=2：1．
故答案為：2：1，

點(diǎn)評(píng) 本題水對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查，涉及電子排布式、電離能、化學(xué)鍵、雜化方式、晶體性質(zhì)、晶胞等，難度中等，是對(duì)知識(shí)與能力綜合考查．