Question

3．氟在自然界中常以CaF₂的形式存在．
（1）氟原子的價電子排布式為2s²2p⁵．HF能以任意比例溶于水，除了因為HF是極性分子外，還因為H₂O與HF形成分子間氫鍵．
（2）F₂通入稀NaOH溶液中可生成OF₂，OF₂分子構型為V形，其中氧原子的雜化方式為sp³．F₂與其他鹵素單質反應可以形成鹵素互化物，例如ClF₃、BrF₃等．ClF₃的沸點比BrF₃的低 （填“高”或“低”）．
（3）下列有關CaF₂的表達正確的是bd．
a．Ca²⁺與F^-間僅存在靜電吸引作用
b．F^-的離子半徑小于Cl^-，則CaF₂的熔點高于CaCl₂
c．陰陽離子比為2：1的物質，均與CaF₂晶體構型相同
d．CaF₂中的化學鍵為離子鍵，因此CaF₂在熔融狀態(tài)下能導電
（4）CaF₂難溶于水，但可溶于含Al³⁺的溶液中，原因是3CaF₂+Al³⁺=3Ca²⁺+AlF₆^3-（用離子方程式表示）．  已知AlF₆^3-在溶液中可穩(wěn)定存在．
（5）CaF₂晶胞結構如圖，CaF₂晶體中，F(xiàn)^-的配位數(shù)是4，與一個Ca²⁺等距離且最近的Ca²⁺有12個．已知CaF₂晶體密度為dg/cm³，則F^-與F^-的最短距離為$\root{3}{\frac{39}{d{N}_{A}}}$cm（用含d的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 （1）F的原子核有9個電子，分兩層排布，最外層有7個電子；HF與水分子間能形成氫鍵；
（2）根據(jù)價層電子對互斥理論分析，先計算價層電子對數(shù)，再判斷中心原子的雜化類型，及分子構型；鹵素互化物的相對分子質量越大，其沸點越高；
（3）a．陰陽離子間存在靜電引力和靜電斥力，則；
b．離子晶體的熔點與離子所帶電荷、離子半徑有關；
c．晶體的結構與電荷比、半徑比有關；
d．離子化合物在熔融時能發(fā)生電離．
（4）F^-與Al³⁺能形成很難電離的配離子AlF₆^3-；
（5）CaF₂晶體中與鈣離子距離最近的氟離子有8個；根據(jù)晶胞結構，結合鈣離子的位置判斷；晶胞中鈣離子位于晶胞的8個頂點和6個面上，$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{6}$×2=4，8個氟離子位于晶胞內部，則一個晶胞中含有4個CaF₂，則晶胞的體積V=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{ρ}$，把晶胞均分為8個小立方體，則每個小立方體中含有一個氟離子，F(xiàn)^-與F^-的最短距離等于小立方體的棱長．

解答 解：（1）F的原子核有9個電子，分兩層排布，最外層有7個電子，則F的價電子排布式為2s²2p⁵；H₂O與HF形成分子間氫鍵，二者互溶；
故答案為：2s²2p⁵；H₂O與HF形成分子間氫鍵；
（2）OF₂分子中O原子的價層電子對數(shù)=2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4，則O原子的雜化類型為sp³雜化，含有2個孤電子對，所以分子的空間構型為V形；鹵素互化物的相對分子質量越大，其沸點越高，所以ClF₃的沸點比BrF₃的低；
故答案為：V形；sp³；低；
（3）a．陰陽離子間存在靜電引力和靜電斥力，Ca²⁺與F^-間存在靜電吸引作用，還存在靜電斥力，故a錯誤；
b．離子晶體的熔點與離子所帶電荷、離子半徑有關，離子半徑越小，離子晶體的熔點越高，所以CaF₂的熔點高于CaCl₂，故b正確；
c．晶體的結構與電荷比、半徑比有關，陰陽離子比為2：1的物質，與CaF₂晶體的電荷比相同，若半徑比相差較大，則晶體構型不相同，故c錯誤；
d．CaF₂中的化學鍵為離子鍵，離子化合物在熔融時能發(fā)生電離，存在自由移動的離子，能導電，因此CaF₂在熔融狀態(tài)下能導電，故b正確；
故答案為：bd；
（4）CaF₂難溶于水，但可溶于含Al³⁺的溶液中，因為在溶液中F^-與Al³⁺能形成很難電離的配離子AlF₆^3-，使CaF₂的溶解平衡正移，其反應的離子方程式為：3CaF₂+Al³⁺=3Ca²⁺+AlF₆^3-；
故答案為：3CaF₂+Al³⁺=3Ca²⁺+AlF₆^3-；
（5）CaF₂晶體中與鈣離子距離最近的氟離子有8個，所以其配位數(shù)為8；圖中在每個晶胞中與Ca²⁺離子最近且等距離的Ca²⁺離子數(shù)為3個，通過每個Ca²⁺可形成8個晶胞，每個Ca²⁺計算2次，所以與Ca²⁺離子最近且等距離的Ca²⁺離子數(shù)為（8×3）÷2=12個；
晶胞中鈣離子位于晶胞的8個頂點和6個面上，$\frac{1}{8}$×8+$\frac{1}{6}$×2=4，8個氟離子位于晶胞內部，則一個晶胞中含有4個CaF₂，則晶胞的體積V=$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{ρ}$，把晶胞均分為8個小立方體，則每個小立方體中含有一個氟離子，小立方體的體積為$\frac{\frac{4M}{{N}_{A}}}{ρ}$×$\frac{1}{8}$=$\frac{39}{ρ{N}_{A}}$，F(xiàn)^-與F^-的最短距離等于小立方體的棱長，則F^-與F^-的最短距離為$\root{3}{\frac{39}{ρ{N}_{A}}}$=$\root{3}{\frac{39}{d{N}_{A}}}$；
故答案為：4；12；$\root{3}{\frac{39}{d{N}_{A}}}$．

點評 本題考查了物質結構與性質，題目涉及晶體熔沸點的比較、化學鍵、沉淀溶解平衡、雜化理論的應用、晶胞的計算等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．