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：

	I1	I2	I3	I4	I5
电离能	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)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·cm3(不必化简)。

(5)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___________。

Answer 1

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

【解析】

根据处于同一电子层内相邻电子的电离能相差不大，不同电子层内相邻电子的电离能相差较多分析；结合原子核外电子排布规律书写其基态原子电子排布式；利用元素的非金属性越强，电负性越大，分析该物质中的元素电负性大小；根据微粒的空间构型、等电子体概念分析判断PO43－的结构，并学会运用晶胞结构中微粒的相对位置，判断微粒距离及晶体密度大小，利用微粒半径大小分析物质的硬度和熔沸点关系，据此解答。

(1) 根据元素M的气态原子的第I1-I5电离能大小可以看出：I1、I2相差不大，二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Ca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或写为1s22s22p63s23p64s2；

(2)Ca3(PO4)3F中非金属元素有P、O、F三种，元素的非金属性F>O>P，元素的非金属性越强，其电负性就越大，所以按电负性由大到小的顺序排列为F>O>P；

(3) PO43－的中心原子P的价层电子对数是4，故P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′，其等电子体有SO42-、CCl4；

(4)根据CaF2晶胞结构可知：在每个晶胞中与Ca2+离子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+离子距离最近且等距离的Ca2+有(3×8)÷2=12个；将CaF2晶胞分成8个小正方体，正方体中心为F-离子，顶点为Ca2+，晶胞中共有4个钙离子、8个氟离子。立方体的对角线为2(a+b)，则晶胞的对角线为4(a+b)，晶胞的边长为，根据晶体密度计算公式可得该晶体的密度=g/cm3；

(5)MgO与CaO的晶体结构相似，由于离子半径Ca2+>Mg2+，离子半径越大，与O2-形成的离子键的键长就越大，晶格能就越小，物质的硬度就越小，故其摩氏硬度的大小关系为MgO>CaO。