铁(Fe)原子的核外电子排布

实验目的

掌握铁原子及其离子的电子排布,理解Fe³⁺较稳定的原因。

实验原理

铁原子序数为26,基态电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²,简写[Ar]3d⁶4s²。形成阳离子时先失去4s电子:Fe²⁺为[Ar]3d⁶,再失去一个3d电子得Fe³⁺为[Ar]3d⁵,属于半充满,较稳定。

实验器材

• 铁原子结构示意图
• 核外电子能层与能级图
• 3d、4s轨道电子填充图
• 元素周期表(铁的位置)

实验步骤

1. 找到铁,确认原子序数为26,核外有26个电子
2. 观察电子依次填入各能级,读出各层电子数2、8、14、2
3. 写出电子排布式和简写式[Ar]3d⁶4s²
4. 观察失去2个4s电子形成Fe²⁺,写出[Ar]3d⁶
5. 再失去1个3d电子形成Fe³⁺,写出[Ar]3d⁵

实验现象与结论

铁原子各能层电子数为2、8、14、2,价层电子排布为3d⁶4s²,位于第四周期Ⅷ族。铁原子形成阳离子时先失去4s电子。Fe³⁺的3d⁵为半充满,所以Fe³⁺比Fe²⁺稳定,常见化合价为+2和+3。

注意事项

• 形成离子时先失去最外层4s电子,不是先失去3d电子

常见问题

Fe³⁺为什么比Fe²⁺稳定?

Fe³⁺的3d轨道为3d⁵半充满结构,能量较低,所以较稳定。

Fe²⁺的电子排布式怎么写?

先失去2个4s电子,写作1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶,即[Ar]3d⁶。