Question

12．磷是生物體中不可缺少的元素之一，它能形成多種化合物．

（1）基態(tài)磷原子中，電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為M；該能層能量最高的電子，其電子云在空間有3個(gè)伸展方向，原子軌道呈啞鈴形．
（2）磷元素與同周期相鄰兩元素相比，第一電離能由大到小的順序?yàn)镻＞S＞Si．
（3）單質(zhì)磷與Cl₂反應(yīng)，可以生成PCl₃和PCl₅．其中各原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的化合物中，P原子的雜化軌道類型為sp³，其分子的空間構(gòu)型為三角錐型．
（4）磷化硼（BP）是一種超硬耐磨涂層材料，如圖1為其晶胞，硼原子與磷原子最近的距離為acm．用Mg•mol^-1表示磷化硼的摩爾質(zhì)量，N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)的值，則磷化硼晶體的密度為$\frac{3\sqrt{3}M}{16{N}_{A}{a}^{3}}$．
（5）H₃PO₄為三元中強(qiáng)酸，與Fe³⁺形成H₃[Fe（PO₄）₃]，此性質(zhì)常用于掩蔽溶液中的Fe³⁺．基態(tài)Fe³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；PO₄^3-作為配體為Fe³⁺提供孤電子對．
（6）磷酸鹽分為直鏈多磷酸鹽、支鏈狀超磷酸鹽和環(huán)狀聚偏磷酸鹽三類．某直鏈多磷酸鈉的陰離子呈如圖2所示的無限單鏈狀結(jié)構(gòu)，其中磷氧四面體通過共用頂角氧原子相連．則該多磷酸鈉的化學(xué)式為NaPO₃．

Answer 1

分析 （1）P原子有三個(gè)能層；最外層為3s²p³，p軌道的電子云在三維空間中有3個(gè)延伸方向，原子軌道為啞鈴形；
（2）同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但P元素原子3p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素；
（3）PCl₃中P、Cl均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，計(jì)算中P的價(jià)層電子對數(shù)，然后判斷；
（4）先根據(jù)直角三角形計(jì)算正四面體的邊長，確定晶胞的邊長，再根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$計(jì)算密度；
（5）根據(jù)構(gòu)造原理寫出基態(tài)鐵原子核外電子排布式；H₃[Fe（PO₄）₃]中PO₄^3-為配體，F(xiàn)e³⁺為中心離子；
（6）由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)P與3個(gè)O形成陰離子，且P的化合價(jià)為+5價(jià)，以此判斷形成的化合物的化學(xué)式．

解答 解：（1）P原子核外有15個(gè)電子，分三層排布，即有三個(gè)能層，所以電子占據(jù)的最高能層符號(hào)為M；最外層為3s²p³，p軌道的電子云在三維空間中沿著x、y、z軸3個(gè)方向延伸，p原子軌道為啞鈴形；
故答案為：M；3；啞鈴；
（2）C、N、O元素是同一周期相鄰元素，同一周期元素自左而右第一電離能呈增大趨勢，但P元素原子3p能級是半滿穩(wěn)定狀態(tài)，能量較低，第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能P＞S＞Si，
故答案為：P＞S＞Si；
（3）單質(zhì)磷與Cl₂反應(yīng)，可以生成PCl₃和PCl₅，PCl₃中P、Cl均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，PCl₃中P原子的價(jià)層電子對數(shù)為3+$\frac{1}{2}$（5-1×3）=4，P原子的雜化軌道類型為sp³，所以分子的空間構(gòu)型為三角錐型；
故答案為：sp³；三角錐型；
（4）AB、AC、AD、BC、BD、CD的邊長相等，AF、BF的長相等為a，F(xiàn)位于體心上，O位于正三角形BCD的重心上，在正三角形BCD中，BE為三角形BCD的高，則CE為BC的一半，如圖，
設(shè)正四面體的邊長為x，CE的長為0.5x，BE=$\sqrt{{x}^{2}-（0.5x）^{2}}$=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，BO與OE的長之比為2：1，則BO的長為=$\frac{\sqrt{3}}{2}x$×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}x}{3}$x，在三角形ABO中，AO的長=$\sqrt{{x}^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{3}x）^{2}}$=$\frac{\sqrt{6}}{3}x$，在三角形BFO中，OF的長=$\frac{\sqrt{6}}{3}x$-a=$\sqrt{{a}^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{3}{x）}^{2}}$，x=$\frac{2}{3}$$\sqrt{6}a$，因正四面體的邊長為x，對角線長2x，晶胞的棱長為2x×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$x=$\frac{4}{3}$$\sqrt{3}a$，
一個(gè)晶胞中含有P原子：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4個(gè)，B原子在內(nèi)部，共4個(gè)，即一個(gè)晶胞中含有4個(gè)BP，密度的表達(dá)式ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{M}{{N}_{A}}×4}{（\frac{4}{3}\sqrt{3}a）^{3}}$=$\frac{3\sqrt{3}M}{16{N}_{A}{a}^{3}}$；
故答案為：$\frac{3\sqrt{3}M}{16{N}_{A}{a}^{3}}$；
（5）鐵是26號(hào)元素，其原子核外有26個(gè)電子，根據(jù)構(gòu)造原理其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，則基態(tài)Fe³⁺的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；H₃[Fe（PO₄）₃]中PO₄^3-為配體，F(xiàn)e³⁺為中心離子，中心離子提供空軌道，配體提供孤對電子；
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；PO₄^3-；孤對電子；
（6）由鏈狀結(jié)構(gòu)可知每個(gè)P與3個(gè)O形成陰離子，且P的化合價(jià)為+5價(jià)，則形成的化合物化學(xué)式為NaPO₃，故答案為：NaPO₃．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，涉及第一電離能的比較、雜化方式的判斷、晶胞的計(jì)算、電子排布式、配合物等，側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用的考查，題目難度較大，注意把握晶胞的計(jì)算方法．