Question

【題目】鐵氮化合物(FexNy)在磁記錄材料領域有著廣泛的應用前景。某FexNy的制備需鐵、氮氣、丙酮和乙醇參與。

（1）Fe基態原子結構示意圖__________。

（2）丙酮()分子中各元素電負性從大到小順序是________，1 mol丙酮分子中含有σ鍵的數目為________。

（3）某FexNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型產物Fe(x－n)CunNy。FexNy轉化為兩種Cu替代型產物的能量變化如圖2所示，其中更穩定的Cu替代型產物的化學式為________。

（4）科學家制得由20個碳原子組成的 空心籠狀分子C20，該籠狀結構是由許多正五邊形構成（如圖）。

請回答:一個 C20分子共有_______條棱邊，推測C20晶體的硬度_______（填較大或較小）

Answer 1

【答案】 O>C>H 9 NA Fe3CuN 30 較小

【解析】

（1）鐵為26號元素，根據核外電子排布規律畫出原子結構示意圖；

（2）非金屬性越強電負性越大；中單鍵均為σ鍵，雙鍵中含1個σ鍵，甲基上C形成4個σ鍵，C=O中C形成3個σ鍵；

（3）由圖2可知，Cu替代a位置的Fe時能量較低，更穩定，則Cu位于頂點，N（Cu）=8×=1，Fe位于面心，N（Fe）=6×=3，N位于體心；

（4）利用均攤法分析晶體結構，每個碳原子與另外3個碳原子成鍵，2個原子形成一個鍵，以此來解答。

（1）Fe的原子序數為26，原子結構示意圖為：，

故答案為：；

（2）非金屬性越強，電負性越大，則C、H、O三種元素的電負性由大到小的順序為O>C>H；中單鍵均為σ鍵，雙鍵中含1個σ鍵，甲基上C形成4個σ鍵，C=O中C形成3個σ鍵，1mol丙酮共有9molσ鍵，數目為9NA個，
故答案為：O>C>H；9NA；

（3）由圖2可知，Cu替代a位置的Fe時能量較低，更穩定，則Cu位于頂點，N（Cu）=8×=1，Fe位于面心，N（Fe）=6×=3，N位于體心，則只有1個N，其化學式為Fe3CuN，

故答案為：Fe3CuN；

（4）從分子結構示意圖可以看出，在C20分子內每個碳原子與另外3個碳原子成鍵，因此，C20分子鍵總數=20×3×（因為2個原子形成一個鍵），也即C20分子中共有30條棱邊（因為化學鍵總數=多面體棱邊總數）。

C20與C60都屬于碳的同素異形體，應屬于分子晶體，所以推測C20晶體的硬度較小；
故答案為：30；較小。