Question

【题目】决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：

(1)已知元素M是组成物质Ca5(PO4)3F的一种元素。元素M的气态原子逐个失去第1个至第5个电子所需能量(即电离能，用符号I1至I5表示)如表所示：

电离能	I1	I2	I3	I4	I5
电离能/(kJ·mol－1)	589.8	1145.4	4912.4	6491	8153

元素M化合态常见化合价是________价，其基态原子电子排布式为________________。

(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素电负性由大到小的顺序为________________。

(3)PO43-的中心原子的杂化方式为________，该离子的空间构型为________，键角为________，其等电子体有________(请写出两种)。

(4)已知MgO与CaO的晶体结构相似，其摩氏硬度的大小关系为________，原因为__________________。

(5)CaF2晶胞结构如图所示，则CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的Ca2＋数目为________；已知Ca2＋和F－半径分别为a cm、b cm，阿伏加德罗常数为NA，M为摩尔质量，则晶体密度为________ g·cm－3(不必化简)。

Answer 1

【答案】＋2 [Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2 F＞O＞P sp3 正四面体形 109°28′ SO42-、CCl4等 MgO＞CaO Mg2＋半径比Ca2＋小，晶格能较大 12

【解析】

(1)根据元素M的气态原子的第I1至I5电离能大小可以看出：I1、I2相差不大，I2、I3电离能相差较多，说明M原子最外层有2个电子。在Ca5(PO4)3中元素有Ca、P、O三种元素，只有钙元素最外层有2个电子，原子半径大，容易失去最外层的2个电子，化合价为＋2价；根据原子核外电子排布规律可知Ca基态原子电子排布式为[Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2。

(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素为F、O、P，三者的非金属性F＞O＞P，电负性与非金属性强弱关系一致，所以电负性由大到小的顺序为F＞O＞P；

(3)PO43-的中心原子P的价层电子对数是4，故磷原子杂化为sp3杂化；由于孤对电子对数为0，该离子的空间构型为正四面体形，键角为109°28′，原子数和价电子数分别都相等的是等电子体，其等电子体有SO42-、CCl4。答案为：sp3；正四面体形；109°28′；SO42-、CCl4等；

(4)已知MgO与CaO的晶体结构相似，Mg2+与Ca2+带电荷相同，但半径Mg2+比Ca2+小，晶格能大，所以其摩氏硬度的大小关系为MgO＞CaO，原因为Mg2＋半径比Ca2＋小，晶格能较大。答案为：MgO＞CaO；Mg2＋半径比Ca2＋小，晶格能较大；

(5)根据CaF2晶胞结构可知：在每个晶胞中与Ca2＋距离最近且等距离的Ca2＋有3个，通过每个Ca2＋可形成8个晶胞，每个Ca2＋计算了2次，所以与Ca2＋距离最近且等距离的Ca2＋有(3×8)÷2＝12个；在CaF2晶胞中，共含有4个“CaF2”，将CaF2晶胞分成8个小正方体，正方体中心为F－，顶点为Ca2＋，晶胞中共有4个钙离子、8个氟离子。Ca2＋与F－的最近核间距(a＋b)为晶胞体对角线的。故晶胞边长为。根据＝4M，可求晶体密度=g·cm－3。答案为：12；。