Question

【题目】过渡金属元素及其化合物的应用研究是目前科学研究的前沿之一。请回答下列问题：

二茂铁[（C5H5）2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件，它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁熔点是173℃（在100℃时开始升华），沸点是249℃。

（1）基态Fe2+离子的价电子排布式为_______________________________

（2）二茂铁属于___________________晶体；测定表明二茂铁中所有氢原子的化学环境都相同，则二茂铁的结构应为下图中的________________（选填“a”或“b”）

（3）环戊二烯（）中C的杂化方式 _______________。1mol环戊二烯中含有σ键的数目为___________。

（4）分子中的大π键可用符号πmn表示，其中m代表参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为π66），在C5H5—中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子，这些电子占据与环的平面垂直的p轨道上。C5H5—的大π键可以表示为______________。

（5）如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法正确的是_______

A．γ﹣Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个

B．α﹣Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个

C．若δ﹣Fe晶胞边长为acm，α﹣Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为2b3：a3

D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同

（6）Fe能形成多种氧化物，其中FeO晶胞结构为NaCl型。晶体中实际上存在空位、错位、杂质原子等缺陷，晶体缺陷对晶体性质会产生重大影响。由于晶体缺陷，晶体中Fe和O的个数比发生了变化，变为FexO（x＜1），若测得某FexO晶体密度为5.71gcm-3，晶胞边长为4.28×10-10 m，则FexO中x=_____（用代数式表示，不要求算出具体结果）。

Answer 1

【答案】 3d6 分子晶体 b sp2、sp3 11NA π55 BC —

【解析】分析：本题考查价电子排布式的书写、晶体类型的判断、杂化方式的判断和σ键的计算、大π键的分析、晶胞的分析和计算。

（1）基态Fe原子核外有26个电子，根据构造原理写出基态Fe的核外电子排布式，进一步写出基态Fe2+的价电子排布式。

（2）二茂铁熔、沸点较低，易升华，二茂铁属于分子晶体。a中有3种化学环境的H原子，b中只有1种化学环境的H原子，二茂铁的结构为图b。

（3）环戊二烯中4个双键C原子为sp2杂化，1个饱和C原子为sp3杂化。1个环戊二烯分子中有6个C-H键、3个碳碳单键、2个碳碳双键，单键全为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，1个环戊二烯分子中有11个σ键。

（4）在C5H5-中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子，这些电子占据与环的平面垂直的p轨道上，5个碳原子的5个p轨道肩并肩重叠形成大π键，其大π键可表示为π55。

（5）γ-Fe晶体中Fe的配位数为12；α-Fe晶体中Fe的配位数为6；用“均摊法”确定晶胞中原子个数，根据晶胞边长计算晶胞的体积，由晶胞体积、晶胞中原子个数和NA计算1mol晶体体积，进一步计算晶体的密度。

（6）用“均摊法”确定晶胞中微粒的个数，由晶胞边长计算晶胞的体积，根据晶胞体积、晶胞中原子个数、NA计算1mol晶体的体积，1mol晶体体积和晶体密度计算1mol晶体的质量，1mol晶体的质量以g为单位数值上等于相对分子质量，进一步计算x。

详解：（1）基态Fe原子核外有26个电子，根据构造原理，基态Fe原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2，基态Fe2+离子的核外电子排布式为[Ar]3d6，基态Fe2+离子的价电子排布式为3d6。

（2）二茂铁熔点（173℃）、沸点（249℃）较低，易升华（在100℃时开始升华），二茂铁属于分子晶体。a中有3种化学环境的H原子，b中只有1种化学环境的H原子，二茂铁中所有H原子的化学环境都相同，二茂铁的结构为图b。

（3）环戊二烯中4个双键C原子为sp2杂化，1个饱和C原子为sp3杂化。1个环戊二烯分子中有6个C-H键、3个碳碳单键、2个碳碳双键，单键全为σ键，双键中有1个σ键和1个π键，1个环戊二烯分子中有11个σ键，1mol环戊二烯中含11molσ键，1mol环戊二烯中含σ键的数目为11NA。

（4）在C5H5-中的每个碳原子上都有一个未参与σ键的电子，这些电子占据与环的平面垂直的p轨道上，5个碳原子的5个p轨道肩并肩重叠形成大π键，其大π键可表示为π55。

（5）A项，γ-Fe晶体属于面心立方最密堆积，γ-Fe晶体中Fe的配位数为12，即γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个，A项错误；B项，α-Fe晶体属于简单立方堆积，α-Fe晶体中Fe的配位数为6，即α-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有6个，B项正确；C项，用“均摊法”，1个δ-Fe晶胞中含Fe：8+1=2个，1个α-Fe晶胞中含Fe：8=1个，δ-Fe晶胞的体积为a3cm3，1molδ-Fe晶体的体积为a3cm32NA，α-Fe晶胞的体积为b3cm3，1molα-Fe晶体的体积为b3cm3NA，则δ-Fe晶体与α-Fe晶体的密度之比为b3：=2b3：a3，C项正确；D项，将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，分别得到α-Fe、δ-Fe，得到的晶体类型不同，D项错误；答案选BC。

（6）晶胞结构为NaCl型，1个晶胞中含4个O2-；晶胞的体积为（4.2810-8cm）3，1mol晶体的体积为（4.2810-8cm）34NA，1mol晶体的质量为5.71g/cm3[（4.2810-8cm）34NA]=g，FexO的相对分子质量为，56x+16=，FexO中x=-。