Question

【題目】磷能形成多種單質或化合物。回答下列問題：

(1)白磷(P4)在氯氣中燃燒產生大量白色煙霧，生成PCl3和PCl5。

①P4化學性質比N2活潑的主要原因是___________________________。

②形成PCl5時，P原子的一個3s電子激發到3d軌道后參與成鍵。寫出該激發態原子的外圍電子軌道表示式___________________________________。

③PCl5是一種白色固體，加壓下于148℃液化，形成離子導體，其中陽離子為正四面體結構，陰離子為正八面體結構，該離子導體能導電的原因是_______(用電離方程式解釋)。

(2)新型半導體材料 黑磷，是一種二維材料(結構如下圖甲所示)，其單層的結構如下圖乙所示。

①黑磷中P原子的雜化方式為_____________________________。

②用4－甲氧基重氮苯四氟硼酸鹽(如上圖丙所示)處理黑磷納米材料，可以保護和控制其性質。該鹽的構成元素中N、O、F的電負性由大到小順序為__________________，1mol該鹽的陽離子含有的σ鍵的數目為____________(阿伏加德羅常數的值用NA表示，下同)。

(3)中國科學院深圳先進技術研究院在鈣鈦礦/黑磷納米復合材料的研究領域取得新進展，該材料表現出優異的光電應用潛力。如圖所示為高溫超導領域里的一種化合物 鈣鈦礦晶胞結構。若圖中正方體邊長為a nm，則該晶體的密度為____________g·cm－3。

Answer 1

【答案】P4分子中存在P-P單鍵，而N2分子中存在N≡N鍵，鍵能較大，化學性質比較穩定 2PCl5＝+ sp3 F＞O＞N 17NA

【解析】

分析P4與N2的結構，從共價鍵的鍵能大小得出P4化學性質比N2活潑的主要原因；在PCl5中，O原子的價電子排布式為3s23p3，當P原子的一個3s電子激發到3d軌道后，價電子排布式為3s13p33d1，由此寫出其激發態原子的外圍電子軌道表示式；PCl5加壓下于148℃液化，形成離子導體，其中正四面體結構的陽離子為，正八面體結構的陰離子為。在黑磷中，每個P原子與周圍的4個P原子形成共價鍵，由此可得出P原子的雜化方式；比較N、O、F的電負性時，可先比較非金屬性，非金屬性越強，電負性越大；該鹽的陽離子中，有多少個原子間形成共價鍵，就含有多少個σ鍵。求晶體的密度時，需求出1個晶胞中所含有的Ca、Ti、O原子個數，從而求出1個晶胞的質量，再求出1個晶胞的體積，便可得出晶體的密度。

(1)①P4的結構式為，N2的結構式為N≡N，化學性質比N2活潑的主要原因是P4分子中存在P-P單鍵，而N2分子中存在N≡N鍵，鍵能較大，化學性質比較穩定。答案為：P4分子中存在P-P單鍵，而N2分子中存在N≡N鍵，鍵能較大，化學性質比較穩定；

②形成PCl5時，P原子的一個3s電子激發到3d軌道后參與成鍵，價電子排布式為3s13p33d1，該激發態原子的外圍電子軌道表示式為。答案為：；

③PCl5是一種白色固體，加壓下于148℃液化，形成離子導體，其中正四面體結構的陽離子為，正八面體結構的陰離子為，液化后產生自由移動的陰、陽離子，該離子導體能導電的原因是2PCl5＝+。答案為：2PCl5＝+；

(2)①在黑磷中，每個P原子與周圍的4個P原子形成共價鍵，黑磷中P原子的雜化方式為sp3。答案為：sp3；

②該鹽的構成元素中，N、O、F的非金屬性F＞O＞N，則電負性由大到小順序為F＞O＞N，該鹽的陽離子為，1個該離子中原子間共形成17個共價單鍵、雙鍵或三鍵，每2個原子間只能形成1個σ鍵，所以1mol該陽離子中含有的σ鍵的數目為17NA。答案為：F＞O＞N；17NA；

(3)在圖中，1個晶胞中共含有Ca的個數為1、含Ti的個數為8×=1、含O的個數為12×=3，正方體邊長為a nm，則該晶體的密度為 =g·cm－3。答案為：。