Question

【题目】磷能形成多种单质或化合物。回答下列问题：

(1)白磷(P4)在氯气中燃烧产生大量白色烟雾，生成PCl3和PCl5。

①P4化学性质比N2活泼的主要原因是___________________________。

②形成PCl5时，P原子的一个3s电子激发到3d轨道后参与成键。写出该激发态原子的外围电子轨道表示式___________________________________。

③PCl5是一种白色固体，加压下于148℃液化，形成离子导体，其中阳离子为正四面体结构，阴离子为正八面体结构，该离子导体能导电的原因是_______(用电离方程式解释)。

(2)新型半导体材料 黑磷，是一种二维材料(结构如下图甲所示)，其单层的结构如下图乙所示。

①黑磷中P原子的杂化方式为_____________________________。

②用4－甲氧基重氮苯四氟硼酸盐(如上图丙所示)处理黑磷纳米材料，可以保护和控制其性质。该盐的构成元素中N、O、F的电负性由大到小顺序为__________________，1mol该盐的阳离子含有的σ键的数目为____________(阿伏加德罗常数的值用NA表示，下同)。

(3)中国科学院深圳先进技术研究院在钙钛矿/黑磷纳米复合材料的研究领域取得新进展，该材料表现出优异的光电应用潜力。如图所示为高温超导领域里的一种化合物 钙钛矿晶胞结构。若图中正方体边长为a nm，则该晶体的密度为____________g·cm－3。

Answer 1

【答案】P4分子中存在P-P单键，而N2分子中存在N≡N键，键能较大，化学性质比较稳定 2PCl5＝+ sp3 F＞O＞N 17NA

【解析】

分析P4与N2的结构，从共价键的键能大小得出P4化学性质比N2活泼的主要原因；在PCl5中，O原子的价电子排布式为3s23p3，当P原子的一个3s电子激发到3d轨道后，价电子排布式为3s13p33d1，由此写出其激发态原子的外围电子轨道表示式；PCl5加压下于148℃液化，形成离子导体，其中正四面体结构的阳离子为，正八面体结构的阴离子为。在黑磷中，每个P原子与周围的4个P原子形成共价键，由此可得出P原子的杂化方式；比较N、O、F的电负性时，可先比较非金属性，非金属性越强，电负性越大；该盐的阳离子中，有多少个原子间形成共价键，就含有多少个σ键。求晶体的密度时，需求出1个晶胞中所含有的Ca、Ti、O原子个数，从而求出1个晶胞的质量，再求出1个晶胞的体积，便可得出晶体的密度。

(1)①P4的结构式为，N2的结构式为N≡N，化学性质比N2活泼的主要原因是P4分子中存在P-P单键，而N2分子中存在N≡N键，键能较大，化学性质比较稳定。答案为：P4分子中存在P-P单键，而N2分子中存在N≡N键，键能较大，化学性质比较稳定；

②形成PCl5时，P原子的一个3s电子激发到3d轨道后参与成键，价电子排布式为3s13p33d1，该激发态原子的外围电子轨道表示式为。答案为：；

③PCl5是一种白色固体，加压下于148℃液化，形成离子导体，其中正四面体结构的阳离子为，正八面体结构的阴离子为，液化后产生自由移动的阴、阳离子，该离子导体能导电的原因是2PCl5＝+。答案为：2PCl5＝+；

(2)①在黑磷中，每个P原子与周围的4个P原子形成共价键，黑磷中P原子的杂化方式为sp3。答案为：sp3；

②该盐的构成元素中，N、O、F的非金属性F＞O＞N，则电负性由大到小顺序为F＞O＞N，该盐的阳离子为，1个该离子中原子间共形成17个共价单键、双键或三键，每2个原子间只能形成1个σ键，所以1mol该阳离子中含有的σ键的数目为17NA。答案为：F＞O＞N；17NA；

(3)在图中，1个晶胞中共含有Ca的个数为1、含Ti的个数为8×=1、含O的个数为12×=3，正方体边长为a nm，则该晶体的密度为 =g·cm－3。答案为：。