Question

5．氟是非金屬性最強的元素：回答下列問題：
（1）寫出基態氟原子的電子排布式1s²2s²2p⁵，該電子排布的最高能級的電子云形狀是啞鈴形，該能級電子云在坐標里有3個相互垂直的取向．
（2）O₃F₂的結構式為，其中氧原子采用的軌道雜化方式是sp³，氟元素的化合價是-1．
（3）1951年，化學家首次在實驗室中合成了FClO₃氣體，該氣體分子的立體構型是（氯原子為中心原子）四面體．
（4）單質氟可通過電解法來制備．實驗室中則用加熱六氟合鉛酸鈉（Na₂PbF₆）分解制備，已知反應中n（Na₂PbF₆）：n（F₂）=1：1，該反應的化學方程式為Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑．
（5）氟化氫氣體溶于水得氫氟酸．解釋下列事實：
①常壓、80℃以下，測量氟化氫氣體密度后計算其相對分子質量，實驗值明顯大于理論值，原因是常壓時，在80℃以下，HF分子之間存在氫鍵形成締合（HF）_n分子．
②氫氟酸屬于弱酸，但濃的氫氟酸由于電離方式改變導致酸性變強（2HF?H⁺+HF${\;}_{2}^{-}$），其電離方式改變的原因是在氟化氫濃溶液中，電離產生的F^-通過氫鍵與未電離的HF結合生成HF₂^-等締合離子．
（6）CaF₂晶胞如圖，鈣離子的配位數為8，每個氟離子填充在由鈣離子構成的四面體空隙中，每個鈣離子周圍最近且等距的鈣離子數目是12．

Answer 1

分析 （1）F原子核外有9個電子，根據能量最低原理書寫核外電子排布式；其最高能級為2p能級；
（2）氧原子形成2個σ鍵，含有2對孤對電子，雜化軌道數目為4；F元素電負性大于O元素，共用電子對偏向F元素；
（3）Cl原子形成4個σ鍵，沒有孤電子對，為四面體構型；
（4）由原子守恒可知，Na₂PbF₆分解反應生成Na₂PbF₄與F₂；
（5）①HF分子之間存在氫鍵形成締合（HF）_n分子；
②電離產生的F^-與HF通過氫鍵結合生成HF₂^-等締合離子；
（6）晶胞中黑色球數目為8，白色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故黑色球為氟離子、白色球為鈣離子，以上底面面心鈣離子研究，鈣離子為兩個晶胞共用，每個鈣離子周圍有8個氟離子；
每個氟離子填充在由鈣離子構成的四面體的體空隙中；
與頂點鈣離子研究，與之最近且等距離的鈣離子為面心．

解答 解：（1）F原子核外有9個電子，根據能量最低原理，核外電子排布式為1s²2s²2p⁵；其最高能級為2p能級，電子云形狀是啞鈴形，該能級電子云在坐標里有3個相互垂直的取向，
故答案為：1s²2s²2p⁵；啞鈴形；3；
（2）氧原子形成2個σ鍵，含有2對孤對電子，雜化軌道數目為4，氧原子采取sp³雜化；F元素電負性大于O元素，共用電子對偏向F元素，故F元素表現-1價，
故答案為：sp³；-1；
（3）Cl原子形成4個σ鍵，沒有孤電子對，為四面體構型，故答案為：四面體；
（4）由原子守恒可知，Na₂PbF₆分解反應生成Na₂PbF₄與F₂，反應方程式為：Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑，
故答案為：Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑；
（5）①常壓時，在80℃以下，HF分子之間存在氫鍵形成締合（HF）_n分子，故HF相對分子質量的實驗值明顯大于理論值，
故答案為：常壓時，在80℃以下，HF分子之間存在氫鍵形成締合（HF）_n分子；
②在氟化氫濃溶液中，電離產生的F^-通過氫鍵與未電離的HF結合生成HF₂^-等締合離子，其電離方式改變，
故答案為：在氟化氫濃溶液中，電離產生的F^-通過氫鍵與未電離的HF結合生成HF₂^-等締合離子；
（6）晶胞中黑色球數目為8，白色球數目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故黑色球為氟離子、白色球為鈣離子，以上底面面心鈣離子研究，鈣離子為兩個晶胞共用，每個鈣離子周圍有8個氟離子；
每個氟離子填充在由鈣離子構成的四面體體空隙中；
與頂點鈣離子研究，與之最近且等距離的鈣離子為面心，每個頂點為12面共用，故每個鈣離子周圍最近且等距的鈣離子數目是12，
故答案為：8；四面；12．

點評 本題是對物質結構的考查，涉及核外電子排布、雜化方式、分子構型、氫鍵、晶胞結構與計算等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，難度中等．