Question

【题目】CaF2、CaC2都是工业生产的重要物质。回答下列问题：

(1)基态钙原子的电子排布式___________，钙原子核外有___________种能量状态的电子。

(2)CaC2与水反应生成乙炔(C2H2)，乙炔中碳原子的杂化类型为___________，乙炔中的σ键与π键数之比为___________。

(3)CaF2与浓H2SO4反应生成HF，HF的沸点高于C2H2，原因是：___________；HF能的BF3化合得到HBF4，从化学键形成角度分析HF与BF3能化合的原因___________。

(4)NO2F分子与BF3互为等电子体，则NO2F分子的立体构型为______________________。

(5)CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如下图所示：

①CaF2晶胞中，Ca2+的配位数为___________个。

②“原子坐标参数”可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知A、B两点的原子坐标参数如图所示，则C点的“原子坐标参数”为（___________，___________，）

③晶胞中两个F-的最近距离为273.1pm，用NA表示阿伏加德罗常数，则晶胞的密度为___________g/cm3(列出计算式即可)。

Answer 1

【答案】[Ar]4s2 6 sp 3:2 HF分子之间存在氢键 BF3中硼原子有空轨道，HF中氟原子有孤对电子，两者之间可形成配位键 平面三角形 8

【解析】

(1)Ca是20号元素，根据构造原理书写基态钙原子的电子排布式，核外电子处于同一能级时能量相同；

(2)乙炔中碳原子间形成碳碳三键，碳原子的杂化类型为sp杂化；根据共价单键是σ键，共价三键是1个σ键和2个π键，计算σ键与π键数之比；

(3) HF、C2H2都是由分子构成的分子晶体，在HF分子之间还存在氢键的作用影响物质的沸点；从BF3的B原子上有空轨道，HF的F原子上有孤对电子分析形成HBF4的原因；

(4)先判断BF3分子的空间构型，结合等电子体结构相似判断NO2F的空间构型；

(5)以面心Ca2+为研究对象，在一个晶胞中连接4个F-，通过该Ca2+可形成2个晶胞分析；

通过坐标系中A、B、C的相对位置确定C点的坐标；

先根据均摊法计算一个晶胞中含有的Ca2+、F-个数，求出晶胞质量，根据F-的相对位置计算出晶胞参数，得到晶胞体积，最后根据=得到晶体密度。

(1)Ca是20号元素，根据构造原理可知基态钙原子的电子排布式是1s22s22p63s33p64s2，可简写为[Ar]4s2，根据核外电子排布式可知Ca原子核外有6种不同能量的电子；

(2)乙炔中碳原子间形成碳碳三键，碳原子的杂化类型为sp杂化；根据共价单键是σ键，共价三键是1个σ键和2个π键，乙炔的结构式是H-C≡C-H，在乙炔分子中含有3个σ键，2个π键，所以σ键与π键数之比3：2；

(3) HF、C2H2都是由分子构成的分子晶体，分子晶体的熔沸点受分子之间的作用力影响，由于在HF分子之间除了存在分子间作用力外，还存在分子间氢键，使物质气化需要消耗的能量比一般的普通分子消耗的能量高，即物质的沸点比乙炔的高；

在BF3分子中的B原子上有空轨道，而HF分子中的F原子上有孤对电子，当BF3与HF靠近时，HF分子中F原子的孤对电子填充BF3分子中B原子的空轨道，二者形成配位键，从而结合形成HBF4；

(4)BF3分子中B原子的价层电子对数为3+=3，没有孤电子对，所以分子的空间构型是平面三角形，而NO2F与BF3是等电子体，二者结构相似，所以NO2F分子的空间构型也是平面三角形；

(5)以面心Ca2+为研究对象，在一个晶胞中连接4个F-，通过该Ca2+可形成2个晶胞，所以与该Ca2+距离相等且最近的F-共有8个，因此Ca2+的配位数是8；

观察A、B、C的相对位置，可知C点的x轴坐标是，y轴坐标是，z轴坐标是；

根据晶胞结构可知，在一个晶胞中含有Ca2+：，含有F-：1×8=8，即一个晶胞中含有4个CaF2，根据C点的坐标可知：晶胞中F-离子之间的距离为晶胞边长的一半，所以晶胞参数L=2×273.1pm=546.2pm，则该晶胞的密度为==g/cm3。