Question

12．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）基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为M；该能层能量最高的电子，其电子云在空间有3个伸展方向，原子轨道呈哑铃形．
（2）磷元素与同周期相邻两元素相比，第一电离能由大到小的顺序为P＞S＞Si．
（3）单质磷与Cl₂反应，可以生成PCl₃和PCl₅．其中各原子均满足8电子稳定结构的化合物中，P原子的杂化轨道类型为sp³，其分子的空间构型为三角锥型．
（4）磷化硼（BP）是一种超硬耐磨涂层材料，如图1为其晶胞，硼原子与磷原子最近的距离为acm．用Mg•mol^-1表示磷化硼的摩尔质量，N_A表示阿伏伽德罗常数的值，则磷化硼晶体的密度为$\frac{3\sqrt{3}M}{16{N}_{A}{a}^{3}}$．
（5）H₃PO₄为三元中强酸，与Fe³⁺形成H₃[Fe（PO₄）₃]，此性质常用于掩蔽溶液中的Fe³⁺．基态Fe³⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；PO₄^3-作为配体为Fe³⁺提供孤电子对．
（6）磷酸盐分为直链多磷酸盐、支链状超磷酸盐和环状聚偏磷酸盐三类．某直链多磷酸钠的阴离子呈如图2所示的无限单链状结构，其中磷氧四面体通过共用顶角氧原子相连．则该多磷酸钠的化学式为NaPO₃．

Answer 1

分析 （1）P原子有三个能层；最外层为3s²p³，p轨道的电子云在三维空间中有3个延伸方向，原子轨道为哑铃形；
（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）PCl₃中P、Cl均满足8电子稳定结构，计算中P的价层电子对数，然后判断；
（4）先根据直角三角形计算正四面体的边长，确定晶胞的边长，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算密度；
（5）根据构造原理写出基态铁原子核外电子排布式；H₃[Fe（PO₄）₃]中PO₄^3-为配体，Fe³⁺为中心离子；
（6）由链状结构可知每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为+5价，以此判断形成的化合物的化学式．

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，p轨道的电子云在三维空间中沿着x、y、z轴3个方向延伸，p原子轨道为哑铃形；
故答案为：M；3；哑铃；
（2）C、N、O元素是同一周期相邻元素，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，故第一电离能P＞S＞Si，
故答案为：P＞S＞Si；
（3）单质磷与Cl₂反应，可以生成PCl₃和PCl₅，PCl₃中P、Cl均满足8电子稳定结构，PCl₃中P原子的价层电子对数为3+$\frac{1}{2}$（5-1×3）=4，P原子的杂化轨道类型为sp³，所以分子的空间构型为三角锥型；
故答案为：sp³；三角锥型；
（4）AB、AC、AD、BC、BD、CD的边长相等，AF、BF的长相等为a，F位于体心上，O位于正三角形BCD的重心上，在正三角形BCD中，BE为三角形BCD的高，则CE为BC的一半，如图，
设正四面体的边长为x，CE的长为0.5x，BE=$\sqrt{{x}^{2}-（0.5x）^{2}}$=$\frac{\sqrt{3}}{2}$x，BO与OE的长之比为2：1，则BO的长为=$\frac{\sqrt{3}}{2}x$×$\frac{2}{3}$=$\frac{\sqrt{3}x}{3}$x，在三角形ABO中，AO的长=$\sqrt{{x}^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{3}x）^{2}}$=$\frac{\sqrt{6}}{3}x$，在三角形BFO中，OF的长=$\frac{\sqrt{6}}{3}x$-a=$\sqrt{{a}^{2}-（\frac{\sqrt{3}}{3}{x）}^{2}}$，x=$\frac{2}{3}$$\sqrt{6}a$，因正四面体的边长为x，对角线长2x，晶胞的棱长为2x×$\frac{\sqrt{2}}{2}$=$\sqrt{2}$x=$\frac{4}{3}$$\sqrt{3}a$，
一个晶胞中含有P原子：8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4个，B原子在内部，共4个，即一个晶胞中含有4个BP，密度的表达式ρ=$\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}}$；
故答案为：$\frac{3\sqrt{3}M}{16{N}_{A}{a}^{3}}$；
（5）铁是26号元素，其原子核外有26个电子，根据构造原理其核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，则基态Fe³⁺的核外电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；H₃[Fe（PO₄）₃]中PO₄^3-为配体，Fe³⁺为中心离子，中心离子提供空轨道，配体提供孤对电子；
故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵；PO₄^3-；孤对电子；
（6）由链状结构可知每个P与3个O形成阴离子，且P的化合价为+5价，则形成的化合物化学式为NaPO₃，故答案为：NaPO₃．

点评 本题考查物质结构和性质，涉及第一电离能的比较、杂化方式的判断、晶胞的计算、电子排布式、配合物等，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．