Question

4．磷單質及其化合物在工業(yè)上有廣泛應用．磷最重要的礦物資源是磷灰石，磷灰石主要有氟 磷灰石和羥基磷灰石．氟磷灰石在高溫下制備白磷的化學方程式為：4Ca₅ （P0₄）3F+21Si0₂+30C═3P₄+20CaSi0₃+30CO+SiF₄，結合上述反應中涉及到的物質或元素回答相關問題：
（1）上述元素中，位于第二周期的元素第一電離能由大到小的順序為F＞O＞C．
（2）請寫出兩種CO的等電子體的化學式N₂、CN^-．
（3）Si晶體中存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以共價鍵
相結合，其晶胞中共有8個Si原子，其中在面心位置貢獻3個Si原子．SiF₄雖然也是硅的化合物，但是沸點比Si0₂低很多．原因是：SiF₄屬于分子晶體，熔化時破壞范德華力，SiO₂屬于原子晶體，熔化時破壞共價鍵
（4）白磷在空氣中燃燒的一種生成物分子的結構如圖1所示．其中圓圈表示原子，實線表示化化學鍵．分子中P原子的雜化方式為sp³．
（5）如圖2為一種磷的硫化物的結構，有關該物質的說法中正確的是AD
A．該物質的化學式為P₄S₃
B．該物質分子中含有σ鍵和π鍵
C．該物質中P元素的化合價為+3價
D．該物質的晶體中每個分子的配位數(shù)為12
（6）Ca元素位于周期表的s區(qū)，基態(tài)鈣原子的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²，Ca單質為面心立方晶體，一個晶胞中含4個Ca原子，已知Ca原子的半徑為174pm列式表示Ca單質的密度$\frac{4×40}{6.02×1{0}^{23}×（2\sqrt{2}×174×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm^-3（不必計算出結果）．

Answer 1

分析 （1）上述元素中，位于第二周期的元素為C、O、F，同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，注意ⅡA、ⅤA族元素第一電離能高于同周期相鄰元素；
（2）原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)相等的微�；�為等電子體；
（3）Si晶體中存在與金剛石結構類似的晶體，屬于原子晶體，硅原子與氧原子之間形成共價鍵；晶胞中有4個Si原子處于晶胞體內(nèi)體積，其它Si原子處于面心、頂點上；
SiF₄屬于分子晶體，SiO₂屬于原子晶體，故二氧化硅的沸點較高；
（4）圖中形成2個共價鍵的原子為O原子，形成3個共價鍵的原子為P原子，P原子還有1對孤對電子，P原子雜化軌道數(shù)目為4；
（5）A．根據(jù)原子形成化學鍵數(shù)目可知，白色球為S原子、黑色球為P原子；
B．該分子中不含π鍵；
C．根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算；
D．屬于分子晶體，為面心立方最密堆積；
（6）Ca元素原子外圍電子排布為4s²，原子核外有20個電子，根據(jù)能量最低原理書寫電子排布式；
Ca單質為面心立方晶體，一個晶胞中含Ca原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{40}{{N}_{A}}$g，Ca原子的半徑為174pm，則晶胞棱長為4×174×10^-10 cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$×174×10^-10 cm，計算晶胞體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計算晶胞密度．

解答 解：（1）上述元素中，位于第二周期的元素為C、O、F，同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢，注意ⅡA、ⅤA族元素第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能F＞O＞C，
故答案為：F＞O＞C；
（2）原子總數(shù)相等、價電子總數(shù)相等的微�；�為等電子體，與CO的等電子體的微粒為N₂、CN^-等，
故答案為：N₂、CN^-；
（3）Si晶體中存在與金剛石結構類似的晶體，屬于原子晶體，硅原子與氧原子之間形成共價鍵；晶胞中有4個Si原子處于晶胞體內(nèi)，其它Si原子處于面心、頂點上，在面心位置貢獻Si原子數(shù)為6×$\frac{1}{2}$=3；
SiF₄屬于分子晶體，熔化時破壞范德華力，SiO₂屬于原子晶體，熔化時破壞共價鍵，故二氧化硅的沸點較高，
故答案為：共價鍵；3；SiF₄屬于分子晶體，熔化時破壞范德華力，SiO₂屬于原子晶體，熔化時破壞共價鍵；
（4）圖中形成2個共價鍵的原子為O原子，形成3個共價鍵的原子為P原子，P原子還有1對孤對電子，P原子雜化軌道數(shù)目為4，分子中P原子的雜化方式為sp³，
故答案為：sp³；
（5）A．根據(jù)原子形成化學鍵數(shù)目可知，白色球為S原子、黑色球為P原子，則該化合物化學式為P₄S₃，故A正確；
B．該分子中不含π鍵，故B錯誤；
C．根據(jù)化合價代數(shù)和為0，可知P₄S₃中P的平均化合價為$\frac{2×3}{4}$=+1.5，故C錯誤；
D．屬于分子晶體，為面心立方最密堆積，配位數(shù)為12，故D正確，
故選：AD；
（6）Ca元素原子外圍電子排布為4s²，處于周期表中s區(qū)，原子核外有20個電子，核外電子排布式式為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²，Ca單質為面心立方晶體，一個晶胞中含Ca原子數(shù)目為8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，晶胞質量為4×$\frac{40}{6.02×1{0}^{23}}$g，Ca原子的半徑為174pm，則晶胞棱長為4×174×10^-10 cm×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=2$\sqrt{2}$×174×10^-10 cm，則晶胞密度=4×$\frac{40}{6.02×1{0}^{23}}$g÷（2$\sqrt{2}$×174×10^-10 cm）³=$\frac{4×40}{6.02×1{0}^{23}×（2\sqrt{2}×174×1{0}^{-10}）^{3}}$g/cm³，
故答案為：s；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²；4；$\frac{4×40}{6.02×1{0}^{23}×（2\sqrt{2}×174×1{0}^{-10}）^{3}}$．

點評 本題是對物質結構與性質的考查，涉及電離能、等電子體、晶胞結構與計算、化學鍵、雜化方式、熔沸點高低比較等，需要學生具備扎實的基礎與靈活應用能力，難度中等，注意識記中學常見晶胞結構．