Question

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

二茂鐵[（C5H5）2Fe]的發現是有機金屬化合物研究中具有里程碑意義的事件，它開辟了有機金屬化合物研究的新領域。已知二茂鐵熔點是173℃（在100℃時開始升華），沸點是249℃。

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

（2）二茂鐵屬于___________________晶體；測定表明二茂鐵中所有氫原子的化學環境都相同，則二茂鐵的結構應為下圖中的________________（選填“a”或“b”）

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

（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，n代表參與形成大π鍵的電子數（如苯分子中的大π鍵可表示為π66），在C5H5—中的每個碳原子上都有一個未參與σ鍵的電子，這些電子占據與環的平面垂直的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生轉化。下列說法正確的是_______

A．γ﹣Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個

B．α﹣Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個

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晶胞結構為NaCl型。晶體中實際上存在空位、錯位、雜質原子等缺陷，晶體缺陷對晶體性質會產生重大影響。由于晶體缺陷，晶體中Fe和O的個數比發生了變化，變為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=_____（用代數式表示，不要求算出具體結果）。

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鍵的計算、大π鍵的分析、晶胞的分析和計算。

（1）基態Fe原子核外有26個電子，根據構造原理寫出基態Fe的核外電子排布式，進一步寫出基態Fe2+的價電子排布式。

（2）二茂鐵熔、沸點較低，易升華，二茂鐵屬于分子晶體。a中有3種化學環境的H原子，b中只有1種化學環境的H原子，二茂鐵的結構為圖b。

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

（4）在C5H5-中的每個碳原子上都有一個未參與σ鍵的電子，這些電子占據與環的平面垂直的p軌道上，5個碳原子的5個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的配位數為12；α-Fe晶體中Fe的配位數為6；用“均攤法”確定晶胞中原子個數，根據晶胞邊長計算晶胞的體積，由晶胞體積、晶胞中原子個數和NA計算1mol晶體體積，進一步計算晶體的密度。

（6）用“均攤法”確定晶胞中微粒的個數，由晶胞邊長計算晶胞的體積，根據晶胞體積、晶胞中原子個數、NA計算1mol晶體的體積，1mol晶體體積和晶體密度計算1mol晶體的質量，1mol晶體的質量以g為單位數值上等于相對分子質量，進一步計算x。

詳解：（1）基態Fe原子核外有26個電子，根據構造原理，基態Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，基態Fe2+離子的核外電子排布式為[Ar]3d6，基態Fe2+離子的價電子排布式為3d6。

（2）二茂鐵熔點（173℃）、沸點（249℃）較低，易升華（在100℃時開始升華），二茂鐵屬于分子晶體。a中有3種化學環境的H原子，b中只有1種化學環境的H原子，二茂鐵中所有H原子的化學環境都相同，二茂鐵的結構為圖b。

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

（4）在C5H5-中的每個碳原子上都有一個未參與σ鍵的電子，這些電子占據與環的平面垂直的p軌道上，5個碳原子的5個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，γ-Fe晶體屬于面心立方最密堆積，γ-Fe晶體中Fe的配位數為12，即γ-Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個，A項錯誤；B項，α-Fe晶體屬于簡單立方堆積，α-Fe晶體中Fe的配位數為6，即α-Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有6個，B項正確；C項，用“均攤法”，1個δ-Fe晶胞中含Fe：8+1=2個，1個α-Fe晶胞中含Fe：8=1個，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項正確；D項，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項錯誤；答案選BC。

（6）晶胞結構為NaCl型，1個晶胞中含4個O2-；晶胞的體積為（4.2810-8cm）3，1mol晶體的體積為（4.2810-8cm）34NA，1mol晶體的質量為5.71g/cm3[（4.2810-8cm）34NA]=g，FexO的相對分子質量為，56x+16=，FexO中x=-。