Question

5．氟是电负性最大的非金属元素，又因其半径较小，极易和金属元素反应，并将它们氧化到最高价态，生成MnF₇、VF₅、CaF₂等．氟还可以和氧形成一系列的氟化物，如OF₂、O₂F₂、O₄F₂等．请回答下列问题：
（1）V原子的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²．如右图所示为一个完整的CaF₂晶胞，则图中白球表示Ca²⁺ （填“F^-”或“Ca²⁺”）．设晶胞边长为a，则Ca²⁺与F^-之间的最近距离为$\frac{\sqrt{3}a}{4}$．
（2）OF₂分子中氧原子的轨道杂化类型为sp³，OF₂被称为氟化物而不被称为氧化物的原因是氧化物中氧元素的化合价为-2，而在OF₂中氧元素的化合价为+2价．
（3）O₂F₂是一种强氧化剂，由O₂和F₂在低温下合成，运用VSEPR模型给出，O₂F₂是极性（填“极性”或“非极性”）分子．
（4）氢氟酸是一种弱酸，其原因是HF分子之间以氢键的方式结合．

Answer 1

分析 （1）V原子是23号，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²（或[Ar]3d³4s²）；利用均摊法计算钙离子和氟离子的个数，然后判断；把晶胞分成8个小的立方体如图，则F^-位于小立方体的中心，即小红球，则Ca²⁺与F^-之间的最近距离为小立方体的体对角线的一半；
（2）根据O原子的价层电子对数判断；根据OF₂中O元素的化合价分析；
（3）O₂F₂中O原子的价层电子对数为4，其中含有2个孤电子对，为V形结构；
（4）氢氟酸分子之间形成氢键，电离程度较小．

解答 解：（1）V原子是23号，其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²（或[Ar]3d³4s²）；CaF₂晶胞中，白球的数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑球全部在晶胞内部，数目为8，则图中白球是钙离子；把晶胞分成8个小的立方体如图，则F^-位于小立方体的中心，即小红球，则Ca²⁺与F^-之间的最近距离为小立方体的体对角线的一半，已知晶胞边长为a，则小立方体的边长为$\frac{a}{2}$，设Ca²⁺与F^-之间的最近距离为x，
则（$\frac{a}{2}$）²+（$\frac{a}{2}$）²+（$\frac{a}{2}$）²=x²，解得x=$\frac{\sqrt{3}a}{4}$；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²（或[Ar]3d³4s²）；Ca²⁺；$\frac{\sqrt{3}a}{4}$；
（2）OF₂分子中氧原子为2+$\frac{1}{2}$（6-2×1）=4，属于sp³杂化；OF₂中F元素为-1价，O元素的化合价为+2价，而氧化物中O元素的化合价为-2价，所以OF₂被称为氟化物；
故答案为：sp³；氧化物中氧元素的化合价为-2，而在OF₂中氧元素的化合价为+2价；
（3）O₂F₂中O原子的价层电子对数为4，其中含有2个孤电子对，为V形结构，分子结构不对称，正负电荷中心不重叠，属于极性分子；
故答案为：极性；
（4）氢氟酸分子之间形成氢键，电离程度较小，即HF在溶液中不能完全电离，所以HF为弱酸；
故答案为：HF分子之间以氢键的方式结合．

点评 本题考查了电子排布式、晶胞的分析与计算、杂化理论的应用、分子极性的判断、氢键等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力，注意把握晶胞的计算方法．