Question

4．磷是生物体中不可缺少的元素之一，它能形成多种化合物．
（1）磷元素位于周期表的p区，基态磷原子中电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道数为4．
（2）第三周期中第一电离能位于铝元素和磷元素之间的有2种．
（3）白磷（P₄）分子是正四面体结构，其键角为60°，磷原子杂化方式为sp³，3.1g白磷中σ键的数目为0.15mol．P₄易溶于二氧化碳，难溶于水，原因是P₄和CO₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于CO₂，难溶于水．
（4）磷酸与Fe³⁺ 可形成H₃[Fe（PO₄）₂]，基态Fe³⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵，Fe、P、O电负性由大到小的顺序是O＞P＞Fe．
（5）磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，如图为其晶胞，晶胞边长为apm，阿伏伽德罗常数为N_A，则磷化硼晶体的密度为$\frac{168}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$g/cm³（列出计算式即可）．

Answer 1

分析 （1）P原子核外有15个电子，分三层排布，即有三个能层，最外层M能层为3s²p³，s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，据此分析判断；
（2）同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但P元素原子3p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素；
（3）P₄分子为正四面体构型，键角为60°，P₄分子中每个P原子与相邻的3个P原子形成3个σ键、并且含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4；依据相似相溶的原理进行解答；
（4）Fe原子核外电子数为26，原子形成阳离子先按能层高低失去电子，能层越高的电子越容易失去，同一能层中按能级高低失去电子，能级越高越容易失去；同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增强，则电负性：S＞P，同主族元素从上到下电负性逐渐减弱，则电负性：O＞S，由此分析解答；
（5）该晶胞中P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子个数为4，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度．

解答 解：（1）P原子核外有15个电子，分三层排布，即有三个能层，所以电子占据的最高能层符号为M；最外层为3s²p³，则磷元素位于周期表的p区，s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，所以M能层具有的原子轨道数为4个；故答案为：p；M；4；
（2）同一周期元素自左而右第一电离能呈增大趋势，但P元素原子3p能级是半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故铝到磷元素的第一电离能P＞S＞Si＞Al，所以第三周期中第一电离能位于铝元素和磷元素之间的有2种，故答案为：2；
（3）P₄分子为正四面体构型，键角为60°，P₄分子中每个P原子与相邻的3个P原子形成3个σ键、含有1对孤对电子，杂化轨道数目为4，则P原子采取sp³杂化；
因为P₄分子中每个P原子与相邻的3个P原子形成3个σ键，则平均每个P原子形成1.5个σ键，所以3.1g白磷中σ键的数目为$\frac{3.1g}{31g/mol}$×1.5=0.15mol；
相似相溶原理是指由于极性分子间的电性作用，使得极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂，难溶于非极性分子组成的溶剂；非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂，难溶于极性分子组成的溶剂，P₄和CO₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于CO₂，难溶于水，
故答案为：60°；sp³；0.15mol；P₄和CO₂是非极性分子，H₂O是极性分子，根据相似相溶的原理，P₄易溶于CO₂，难溶于水；
（4）Fe原子核外有26个电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，Fe原子失去4s能级2个电子、3d能级1个电子形成Fe³⁺，Fe³⁺电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增强，则电负性：S＞P，同主族元素从上到下电负性逐渐减弱，则电负性：O＞S，所以电负性O＞P，又Fe为金属元素，则电负性由大到小的顺序是O＞P＞Fe，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；O＞P＞Fe；
（5）该晶胞中P原子个数=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，B原子个数为4，晶胞边长=a×10^-10cm，体积V=（a×10^-10cm）³，ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{\frac{4}{N{\;}_{A}}×42}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$g•cm³=$\frac{168}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$g•cm³，
故答案为：$\frac{168}{（a×10{\;}^{-10}）{\;}^{3}N{\;}_{A}}$g•cm³．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及电负性的比较、杂化方式的判断、晶胞的计算、电子排布式等，侧重于基础知识的综合应用的考查，题目难度较大，注意把握晶胞的计算方法．