Question

【题目】中国科学家创造性地构建了硅化物晶格限域的单铁中心催化剂，成功地实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等化学品。请回答下列问题：

(1)基态铁原子的价层电子轨道表达式为______。

(2)硅、碳位于同一主族，用“”“”或“”填空：

性质	原子半径	第一电离能	熔点	键能
项目	______ C	______ Si	______	______

(3)CN-能与Fe3+形成配合物，与CN-互为等电子体的分子有______ (任写一种)；1 mol[Fe(CN)6 ]3-中含______molσ键。

(4)已知：反应，碳原子的杂化类型转化过程为______；

从共价键重叠方式看，分子中键类型为；的键角比的键角______填“大”或“小”。

(5)晶体有两种晶胞，如图1、图2所示。

图1中晶胞中铁的配位数为______；图2中铁晶胞堆积方式为______。

(6)碳化硅晶胞如图3所示，已知碳化硅晶体的密度为dgcm-3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则碳化硅中硅碳键的键长为______ pm。

Answer 1

【答案】 或CO 12 杂化转化为杂化 小 面心立方最密堆积

【解析】

(1)根据铁原子的价层电子排布式、泡利原理和洪特规则即可画出轨道表达式；

(2)同主族自上而下原子半径逐渐增大，第一电离能逐渐减小；原子晶体的熔沸点大于分子晶体；键长越短，键能越大，据此分析作答；

(3)等电子体可采用替换法进行解答；配位键也属于键，中与形成6个配位键，即6个键，而中有1个键，一共有6个，据此可算出键的总键数；

(4)CH4为正四面体结构，C原子采取杂化，键角为，为平面结构，C原子采取杂化，键角为，分子中1s与1s电子云重叠形成键， 据此分析作答；

(5)图1属于体心立方堆积，Fe原子配位数为8；图2中Fe原子处于面心、顶点，属于面心立方最密堆积，据此分析；

(6)C原子与周围4个Si原子形成正四面体结构，碳化硅晶体内碳硅键的键长即为晶胞顶点Si原子与正四面体中心C原子之间的距离，二者连线处于晶胞体对角线上，距离等于晶胞体对角线长度的，而晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，晶胞中C原子数目、Si原子数目，晶胞质量，根据晶胞的质量和密度可计算出晶胞的体积和晶胞的棱长，进而算出碳化硅晶体内碳硅键的键长，据此分析解答；

(1)基态铁原子的价层电子排布式为，由泡利原理、洪特规则，轨道表达式为：；

故答案为：；

(2)①同主族自上而下原子半径增大，故原子半径：；

故答案为：；

②同主族自上而下第一电离能减小，故第一电离能：；

故答案为：；

③CO2属于分子晶体，而属于原子晶体，故熔点：；

故答案为：；

④C-H的键长比键的短，故键能：；

故答案为：；

用N原子替换C原子与1个单位负电荷，或者用O原子替换N原子与1个单位负电荷，得到与互为等电子体的分子为：或CO；中与形成6个配位键，中有span>1个键，故中共有12个键，1中含键；

故答案为：或CO；12；

为正四面体结构，C原子采取杂化，为平面结构，C原子采取杂化，碳原子的杂化类型转化过程为：杂化转化为杂化；分子中1s与1s电子云重叠形成键，从共价键重叠方式看，分子中键类型为键；甲烷分子中键角为，乙烯中键角约是，的键角比的键角小；

故答案为：杂化转化为杂化；键；小；

图1中体心Fe原子与位于顶点的Fe原子相邻，Fe原子配位数为8；图2中Fe原子处于面心、顶点，属于面心立方最密堆积；

故答案为：8；面心立方最密堆积；

原子与周围4个Si原子形成正四面体结构，碳化硅晶体内碳硅键的键长即为晶胞顶点Si原子与正四面体中心C原子之间的距离，二者连线于晶胞体对角线上，距离等于晶胞体对角线长度的，而晶胞体对角线长度等于晶胞棱长的倍，晶胞中C原子数目，Si原子数目，晶胞质量，晶胞体积，晶胞棱长，故碳化硅晶体内碳硅键的键长；

故答案为：；