Question

【題目】以北京大學(xué)馬丁教授為代表的多個(gè)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出了高效的鐵基(如FeC、Fe2C、Fe5C2、Fe3C)費(fèi)托合成催化劑，以H2和CO為原料可高產(chǎn)率合成烯烴、烷烴，如3CO(g)+ 6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)、nCO+(2n+1)H2CnH2n+2+nH2O，為煤的氣化、液化使用開(kāi)拓了新途徑。

(1)Fe3+中能量最高的能級(jí)上的電子云有_____種伸展方向，位于不同方向中運(yùn)動(dòng)的電子的能量大小關(guān)系是_________。當(dāng)Fe原子電子排布由[Ar]3d64s2→[Ar]3d64s14p1時(shí)，體系的能量_______(填“增大”或“減小”)。

(2)Fe、C、O三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_____________；CH3CH=CH2分子中碳原子的雜化軌道類(lèi)型為____，題干所述反應(yīng)中CO分子中斷裂的化學(xué)鍵類(lèi)型為______(填字母)。

A. 2個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵 B. 1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵 C. 非極性鍵

(3)新戊烷[(CH3)4C]分子中5個(gè)碳原子形成的空間構(gòu)型是____________，該分子是________(填“極性”或“非極性”)分子。隨著烴分子中碳原子數(shù)目的增加，同系物的沸點(diǎn)升高.其原因是__________。

(4)碳鐵之間可形成多種化合物，其中一種化合物的晶體結(jié)構(gòu)(面心立方結(jié)構(gòu))如圖所示：

則編號(hào)為①的原子的坐標(biāo)為_______________；該化合物的化學(xué)式為_______________，設(shè)該晶體的晶胞多數(shù)為a pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則該晶體的密度為_______________ g·cm-3(列出計(jì)算式即可)。

Answer 1

【答案】5 相等 增大 O>C>Fe sp2、sp3 B 正四面體 非極性 隨著碳原子數(shù)目增加，分子間作用力增大 (0，0，) FeC

【解析】

(1)先根據(jù)構(gòu)造原理書(shū)寫(xiě)Fe原子及Fe3+的核外電子排布，然后結(jié)合電子所處軌道與電子云形狀分析判斷，同一軌道上電子能量相同，不同軌道上電子的能量不同，原子吸收能量，電子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)；

(2)元素的非金屬性越強(qiáng)，其電離能就越大；飽和碳原子采用sp3雜化，含有碳碳雙鍵的碳原子采用sp2雜化，CO分子中兩個(gè)原子共用三對(duì)電子；

(3)飽和碳原子形成的是四面體結(jié)構(gòu)，若形成的共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)相同，就是正四面體；分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的就是非極性分子，否則為極性分子；分子之間通過(guò)分子間作用力結(jié)合，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高；

(4)根據(jù)①在坐標(biāo)系中相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，判斷其坐標(biāo)值；根據(jù)碳鐵化合物的晶體結(jié)構(gòu)，用均攤方法計(jì)算其化學(xué)式，根據(jù)ρ=計(jì)算密度。

(1)26號(hào)Fe原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d64s2，Fe原子失去2個(gè)4s電子和1個(gè)3d電子得到Fe3+核外電子排布式：1s22s22p63s23p63d5，可見(jiàn)Fe3+中能量最高的能級(jí)是3d，電子云有5種不同的伸展方向，3d能級(jí)上電子的能量相等。當(dāng)Fe原子電子排布由[Ar]3d64s2→[Ar]3d64s14p1時(shí)，原子由基態(tài)變成激發(fā)態(tài)時(shí)需要吸收能量，故體系能量增大；

(2)金屬元素的第一電離能比非金屬元素的小。氧元素的第一電離能大于碳元素的第一電離能。故三種元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>O>C>Fe；丙稀分子中有一個(gè)甲基碳原子是飽和碳原子，形成了4個(gè)σ鍵，屬于sp3雜化；另外兩個(gè)碳原子形成了碳碳雙鍵，每個(gè)碳原子形成了3個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，為sp2雜化。CO與N2互為等電子體，由此可知CO分子中有2個(gè)π鍵、1個(gè)σ鍵，不同元素的原子間形成的共價(jià)健是極性共價(jià)鍵，故合理選項(xiàng)是B；

(3)新戊烷分子中與4個(gè)甲基連接的C原子與4個(gè)甲基上的C原子形成了一個(gè)正四面體結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此它是非極性分子。烴分子同系物的組成、結(jié)構(gòu)相似，均為分子晶體，分子間作用力隨著分子中碳原子數(shù)目的增加而增大，因此隨著烴分子中碳原子數(shù)目的增加，同系物的沸點(diǎn)升高；

(4)觀察晶胞圖知：①處碳原子的x=y=0，z=+，故①坐標(biāo)為(0，0，)；由均攤方法可知，在一個(gè)晶胞中含有C：12×+1=4；含有Fe原子：8×+6×=4，故其化學(xué)式為FeC。晶胞的質(zhì)量為4×(56+12) g，晶胞體積為(a×10-10 cm)3，故晶體密度ρ==g/cm3。