Question

聚合鐵（簡稱PFS）化學式為：[Fe₂（OH）_n（SO₄）]_m，n＜5，m＜10．現代污水處理工藝中常利用PFS在水體中形成絮狀物，以吸附重金屬離子． 
（1）①PFS中鐵顯______價，鐵原子的電子排布式是______． 
②O元素的第一電離能______N 元素的第一電離能（填“大于”或“小于”），原因______；水分子中氧原子的雜化軌道類型為______．H₂O與H⁺以配位鍵結合成H₃O⁺的立體結構為______．
（2）水在不同的溫度和壓力條件下可以形成11種不同結構的晶體，密度從比水輕的0.92g/cm³擴到約為水的一倍半．冰是人們迄今已知的由一種簡單分子堆積出結構花樣最多的化合物．其中冰一Ⅶ的晶體結構為一個如右上圖所示的立方晶胞，每個水分子可與周圍______ 個水分子以氫鍵結合，晶體中，1mol水可形成______mol氫鍵．
（3）已知下列元素的電負性數據：H：2.1，O：3.5，F：4.0．OF₂與水的立體結構相似，但水分子的極性比OF₂強得多，其原因有：①OF₂中氧原子上有兩對孤對電子，抵消了F一O鍵中共用電子對偏向F而產生的極性；②從電負性上看，______．

Answer 1

【答案】分析：（1）鐵元素的兩種陽離子，亞鐵離子在空氣中不能穩定存在，而鐵離子在空氣中科院穩定存在，可以推斷化合價為+3價，鐵的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，有d電子；一般來說，最外層電子數越多，第一電離能越大，但氧和氮的第一電離能出現反常，是因為O原子和N原子的外圍電子排布分別為：2s²2p⁴，2s²2p³，N 原子的 p 軌道半充滿，相對穩定，而O失去一個電子后p軌道半充滿，比較穩定，易失去1個電子，電離能小與N的；水分子中氧原子的雜化類型，水合氫離子的結構類型；
（2）看圖一中間的水分子為對象數數與之相連的水分子個數和氫鍵數目；
（3）比較極性時，電負性相差大的極性大等知識點來解題．
解答：解：（1）①絮狀物在空氣之中能穩定存在說明為鐵離子，因為亞鐵離子在空氣中不穩定，故鐵的化合價為+3價，鐵的核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，
故答案為：+3；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²；    
②因為O原子和N原子的外圍電子排布分別為：2s²2p⁴，2s²2p³，N 原子的p軌道半充滿，相對穩定，所以第一電離能大，O失去一個電子后p軌道半充滿，比較穩定，易失去1個電子，電離能較小；水分子中氧原子有1個s軌道，3個p軌道參與雜化，故雜化軌道類型sp³；H₃O⁺中有三個O-H鍵連在氧上，同時氧上方還有一對孤對電子，故立體結構為三角錐形．
故答案為：小于；因為O原子和N原子的外圍電子排布分別為：2s²2p⁴，2s²2p³，N原子的p軌道半充滿，相對穩定，所以第一電離能大，O失去一個電子后p軌道半充滿，比較穩定，易失去1個電子，第一電力能小；sp³；三角錐形；
（2）從圖中可以看出，每個中心的水分子與上方面的2個對角的水分子形成氫鍵，與下方面的另外角的兩個水分子形成氫鍵，共四個；以中間的水分子為例，1mol水形成了2mol氫鍵，故答案為：4；2；
（3）水分子的極性比OF₂強得多，是因為氧與氟的電負性差比較小，而氧與氫的電負性差比較大，
故答案為：氧與氫的電負性差大于氧與氟的電負性差．
點評：本題考查了鐵元素的核外電子排布和在空氣中穩定存在化合價，第一電離能大小比較，看晶胞圖判斷分子個數和氫鍵個數，極性大小的判斷方法等知識點．