Question

【题目】铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的制备需铁、氮气、丙酮和乙醇参与。

（1）Fe基态原子结构示意图__________。

（2）丙酮()分子中各元素电负性从大到小顺序是________，1 mol丙酮分子中含有σ键的数目为________。

（3）某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。

（4）科学家制得由20个碳原子组成的 空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成（如图）。

请回答:一个 C20分子共有_______条棱边，推测C20晶体的硬度_______（填较大或较小）

Answer 1

【答案】 O>C>H 9 NA Fe3CuN 30 较小

【解析】

（1）铁为26号元素，根据核外电子排布规律画出原子结构示意图；

（2）非金属性越强电负性越大；中单键均为σ键，双键中含1个σ键，甲基上C形成4个σ键，C=O中C形成3个σ键；

（3）由图2可知，Cu替代a位置的Fe时能量较低，更稳定，则Cu位于顶点，N（Cu）=8×=1，Fe位于面心，N（Fe）=6×=3，N位于体心；

（4）利用均摊法分析晶体结构，每个碳原子与另外3个碳原子成键，2个原子形成一个键，以此来解答。

（1）Fe的原子序数为26，原子结构示意图为：，

故答案为：；

（2）非金属性越强，电负性越大，则C、H、O三种元素的电负性由大到小的顺序为O>C>H；中单键均为σ键，双键中含1个σ键，甲基上C形成4个σ键，C=O中C形成3个σ键，1mol丙酮共有9molσ键，数目为9NA个，
故答案为：O>C>H；9NA；

（3）由图2可知，Cu替代a位置的Fe时能量较低，更稳定，则Cu位于顶点，N（Cu）=8×=1，Fe位于面心，N（Fe）=6×=3，N位于体心，则只有1个N，其化学式为Fe3CuN，

故答案为：Fe3CuN；

（4）从分子结构示意图可以看出，在C20分子内每个碳原子与另外3个碳原子成键，因此，C20分子键总数=20×3×（因为2个原子形成一个键），也即C20分子中共有30条棱边（因为化学键总数=多面体棱边总数）。

C20与C60都属于碳的同素异形体，应属于分子晶体，所以推测C20晶体的硬度较小；
故答案为：30；较小。