Question

【題目】Mn、Fe均為第4周期過渡金屬元素，兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)如下表：

元素		Mn	Fe
電離能/(kJ·mol-1)	I1	717	759
	I2	1509	1561
	I3	3248	2957

回答下列問題：

（1）Mn元素基態(tài)原子價電子層的電子排布式為__；比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)Mn2+再失去一個電子比氣態(tài)Fe2+再失去一個電子難，其原因是__。

（2）金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞分別如圖所示。面心立方晶胞和體心立方晶胞中實際含有的Fe原子個數(shù)之比為__，Fe原子配位數(shù)之比為__。

Answer 1

【答案】3d54s2 Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+時，3d能級由較穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4狀態(tài)(或Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài) 2∶1 3∶2

【解析】

(1)根據(jù)核外電子排布的規(guī)律書寫；原子軌道處于半滿、全滿、全空時能量更低，更穩(wěn)定；

(2)利用均攤法計算晶胞中原子的數(shù)目；面心立方晶胞中，以頂點的Fe分析，與之最近的Fe原子位于面心上，體心立方晶胞中以體心的Fe分析，與之最近的Fe原子處于頂點上，據(jù)此分析解答。

(1)Mn元素為25號元素，核外電子排布式為[Ar]3d54s2，所以價層電子排布式為3d54s2，由Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+時，3d能級由較穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的3d4狀態(tài)，需要的能量較多；而Fe2+到Fe3+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d6到穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)，需要的能量較少，故答案為：3d54s2；Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+時，3d能級由較穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环�(wěn)定的3d4狀態(tài)(或Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+時，3d能級由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài))；

(2)面心立方晶胞中實際含有的Fe原子個數(shù)為8×+6×=4，體心立方晶胞中含有Fe原子的個數(shù)為8×+1=2，所以面心立方晶胞和體心立方晶胞中實際含有的Fe原子個數(shù)之比為2∶1；面心立方晶胞中每個Fe原子周圍有12個Fe原子，體心立方晶胞中每個Fe原子周圍有8個Fe原子，故Fe原子配位數(shù)之比為12∶8=3∶2，故答案為：2∶1；3∶2。