Question

聚合铁（简称PFS）化学式为：[Fe₂（OH）_n（SO₄）]_m，n＜5，m＜10．现代污水处理工艺中常利用PFS在水体中形成絮状物，以吸附重金属离子． 
（1）①PFS中铁显______价，铁原子的电子排布式是______． 
②O元素的第一电离能______N 元素的第一电离能（填“大于”或“小于”），原因______；水分子中氧原子的杂化轨道类型为______．H₂O与H⁺以配位键结合成H₃O⁺的立体结构为______．
（2）水在不同的温度和压力条件下可以形成11种不同结构的晶体，密度从比水轻的0.92g/cm³扩到约为水的一倍半．冰是人们迄今已知的由一种简单分子堆积出结构花样最多的化合物．其中冰一Ⅶ的晶体结构为一个如右上图所示的立方晶胞，每个水分子可与周围______ 个水分子以氢键结合，晶体中，1mol水可形成______mol氢键．
（3）已知下列元素的电负性数据：H：2.1，O：3.5，F：4.0．OF₂与水的立体结构相似，但水分子的极性比OF₂强得多，其原因有：①OF₂中氧原子上有两对孤对电子，抵消了F一O键中共用电子对偏向F而产生的极性；②从电负性上看，______．

Answer 1

【答案】分析：（1）铁元素的两种阳离子，亚铁离子在空气中不能稳定存在，而铁离子在空气中科院稳定存在，可以推断化合价为+3价，铁的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，有d电子；一般来说，最外层电子数越多，第一电离能越大，但氧和氮的第一电离能出现反常，是因为O原子和N原子的外围电子排布分别为：2s²2p⁴，2s²2p³，N 原子的 p 轨道半充满，相对稳定，而O失去一个电子后p轨道半充满，比较稳定，易失去1个电子，电离能小与N的；水分子中氧原子的杂化类型，水合氢离子的结构类型；
（2）看图一中间的水分子为对象数数与之相连的水分子个数和氢键数目；
（3）比较极性时，电负性相差大的极性大等知识点来解题．
解答：解：（1）①絮状物在空气之中能稳定存在说明为铁离子，因为亚铁离子在空气中不稳定，故铁的化合价为+3价，铁的核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
故答案为：+3；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；    
②因为O原子和N原子的外围电子排布分别为：2s²2p⁴，2s²2p³，N 原子的p轨道半充满，相对稳定，所以第一电离能大，O失去一个电子后p轨道半充满，比较稳定，易失去1个电子，电离能较小；水分子中氧原子有1个s轨道，3个p轨道参与杂化，故杂化轨道类型sp³；H₃O⁺中有三个O-H键连在氧上，同时氧上方还有一对孤对电子，故立体结构为三角锥形．
故答案为：小于；因为O原子和N原子的外围电子排布分别为：2s²2p⁴，2s²2p³，N原子的p轨道半充满，相对稳定，所以第一电离能大，O失去一个电子后p轨道半充满，比较稳定，易失去1个电子，第一电力能小；sp³；三角锥形；
（2）从图中可以看出，每个中心的水分子与上方面的2个对角的水分子形成氢键，与下方面的另外角的两个水分子形成氢键，共四个；以中间的水分子为例，1mol水形成了2mol氢键，故答案为：4；2；
（3）水分子的极性比OF₂强得多，是因为氧与氟的电负性差比较小，而氧与氢的电负性差比较大，
故答案为：氧与氢的电负性差大于氧与氟的电负性差．
点评：本题考查了铁元素的核外电子排布和在空气中稳定存在化合价，第一电离能大小比较，看晶胞图判断分子个数和氢键个数，极性大小的判断方法等知识点．