Question

5．氟是非金属性最强的元素：回答下列问题：
（1）写出基态氟原子的电子排布式1s²2s²2p⁵，该电子排布的最高能级的电子云形状是哑铃形，该能级电子云在坐标里有3个相互垂直的取向．
（2）O₃F₂的结构式为，其中氧原子采用的轨道杂化方式是sp³，氟元素的化合价是-1．
（3）1951年，化学家首次在实验室中合成了FClO₃气体，该气体分子的立体构型是（氯原子为中心原子）四面体．
（4）单质氟可通过电解法来制备．实验室中则用加热六氟合铅酸钠（Na₂PbF₆）分解制备，已知反应中n（Na₂PbF₆）：n（F₂）=1：1，该反应的化学方程式为Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑．
（5）氟化氢气体溶于水得氢氟酸．解释下列事实：
①常压、80℃以下，测量氟化氢气体密度后计算其相对分子质量，实验值明显大于理论值，原因是常压时，在80℃以下，HF分子之间存在氢键形成缔合（HF）_n分子．
②氢氟酸属于弱酸，但浓的氢氟酸由于电离方式改变导致酸性变强（2HF?H⁺+HF${\;}_{2}^{-}$），其电离方式改变的原因是在氟化氢浓溶液中，电离产生的F^-通过氢键与未电离的HF结合生成HF₂^-等缔合离子．
（6）CaF₂晶胞如图，钙离子的配位数为8，每个氟离子填充在由钙离子构成的四面体空隙中，每个钙离子周围最近且等距的钙离子数目是12．

Answer 1

分析 （1）F原子核外有9个电子，根据能量最低原理书写核外电子排布式；其最高能级为2p能级；
（2）氧原子形成2个σ键，含有2对孤对电子，杂化轨道数目为4；F元素电负性大于O元素，共用电子对偏向F元素；
（3）Cl原子形成4个σ键，没有孤电子对，为四面体构型；
（4）由原子守恒可知，Na₂PbF₆分解反应生成Na₂PbF₄与F₂；
（5）①HF分子之间存在氢键形成缔合（HF）_n分子；
②电离产生的F^-与HF通过氢键结合生成HF₂^-等缔合离子；
（6）晶胞中黑色球数目为8，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故黑色球为氟离子、白色球为钙离子，以上底面面心钙离子研究，钙离子为两个晶胞共用，每个钙离子周围有8个氟离子；
每个氟离子填充在由钙离子构成的四面体的体空隙中；
与顶点钙离子研究，与之最近且等距离的钙离子为面心．

解答 解：（1）F原子核外有9个电子，根据能量最低原理，核外电子排布式为1s²2s²2p⁵；其最高能级为2p能级，电子云形状是哑铃形，该能级电子云在坐标里有3个相互垂直的取向，
故答案为：1s²2s²2p⁵；哑铃形；3；
（2）氧原子形成2个σ键，含有2对孤对电子，杂化轨道数目为4，氧原子采取sp³杂化；F元素电负性大于O元素，共用电子对偏向F元素，故F元素表现-1价，
故答案为：sp³；-1；
（3）Cl原子形成4个σ键，没有孤电子对，为四面体构型，故答案为：四面体；
（4）由原子守恒可知，Na₂PbF₆分解反应生成Na₂PbF₄与F₂，反应方程式为：Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑，
故答案为：Na₂PbF₆$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂PbF₄+F₂↑；
（5）①常压时，在80℃以下，HF分子之间存在氢键形成缔合（HF）_n分子，故HF相对分子质量的实验值明显大于理论值，
故答案为：常压时，在80℃以下，HF分子之间存在氢键形成缔合（HF）_n分子；
②在氟化氢浓溶液中，电离产生的F^-通过氢键与未电离的HF结合生成HF₂^-等缔合离子，其电离方式改变，
故答案为：在氟化氢浓溶液中，电离产生的F^-通过氢键与未电离的HF结合生成HF₂^-等缔合离子；
（6）晶胞中黑色球数目为8，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，故黑色球为氟离子、白色球为钙离子，以上底面面心钙离子研究，钙离子为两个晶胞共用，每个钙离子周围有8个氟离子；
每个氟离子填充在由钙离子构成的四面体体空隙中；
与顶点钙离子研究，与之最近且等距离的钙离子为面心，每个顶点为12面共用，故每个钙离子周围最近且等距的钙离子数目是12，
故答案为：8；四面；12．

点评 本题是对物质结构的考查，涉及核外电子排布、杂化方式、分子构型、氢键、晶胞结构与计算等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等．