Question

8．磷是人體含量較多的元素之一，磷的化合物在藥物生產(chǎn)和農(nóng)藥制造等方面用途非常廣泛．
回答下列問題：
（1）基態(tài)磷原子的核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p³．
（2）P₄S₃可用于制造火柴，其分子結(jié)構(gòu)如圖 1所示．
①第一電離能：磷＞硫；電負(fù)性；磷＜硫（填“＞”成“＜”）．
②P₄S₃分子中硫原子的雜化軌道類型為sp³．
③每個(gè)P₄S₃分子中含孤電子對的數(shù)目為10．
（3）N、P、As、Sb均是第VA族的元素．
①上述元素的氫化物的沸點(diǎn)關(guān)系如圖2所示，沸點(diǎn)：PH₃＜NH₃其原因是NH₃分子間存在氫鍵；沸點(diǎn)：PH₃＜AsH₃＜SbH₃，其原因是相對分子質(zhì)量不斷增大，分子間作用力不斷增強(qiáng)．
②某種磁性氮化鐵的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，該化合物的化學(xué)式為Fe₃N．
（4）磷化鋁熔點(diǎn)為2000℃，它與晶體硅互為等電子體，磷化鋁晶胞結(jié)構(gòu)如圖4所示．
①磷化鋁晶體中磷與鋁微粒間的作用力為（極性）共價(jià)鍵．
②圖中A點(diǎn)和B點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)如圖4所示，則C點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為（$\frac{1}{4}，\frac{1}{4}，\frac{1}{4}$）．
③磷化鋁晶體的密度為ρg•cm^-3，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值，則該晶胞中距離最近的兩個(gè)鋁原子之間的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}•\root{3}{\frac{232}{ρ{N}_{A}}}$cm．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)元素符號，判斷元素原子的核外電子數(shù)，再根據(jù)核外電子排布規(guī)律來寫；
（2）①同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但第VA族元素大于相鄰元素；同周期從左到右非金屬性增強(qiáng)，電負(fù)性增強(qiáng)；
②P₄S₃分子的結(jié)構(gòu)可以看出，S原子形成兩個(gè)鍵，考慮到S原子本身價(jià)層含有兩對孤電子對，據(jù)此判斷雜化軌道類型；
③1個(gè)P₄S₃分子中含有4個(gè)P和3個(gè)S，一個(gè)P含有1對孤電子對，1個(gè)S含有2對孤電子對，據(jù)此計(jì)算每個(gè)P₄S₃分子中含孤電子對的數(shù)目；
（3）①N、P、As、Sb均是第VA族的元素，氫化物分別為NH₃，PH₃，AsH₃，SbH₃，沸點(diǎn)：PH₃＜NH₃考慮分子間氫鍵的影響；沸點(diǎn)：PH₃＜AsH₃＜SbH₃，考慮分子間作用力影響；
②根據(jù)晶胞可以判斷是六方晶胞，晶胞頂點(diǎn)粒子占$\frac{1}{6}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內(nèi)部粒子為整個(gè)晶胞所有，據(jù)此計(jì)算晶體的化學(xué)式；
（4）①磷化鋁晶體中磷與鋁的電負(fù)性存在差異，形成的是共價(jià)鍵，且為極性的；
②已知B點(diǎn)的原子坐標(biāo)為B（$1，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$），A點(diǎn)原子坐標(biāo)為A（0，0，0），則晶胞以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，已知磷化鋁與晶體Si為等電子體，二者應(yīng)為相似的，繼而聯(lián)想到金剛石晶胞的中原子排布，據(jù)此求解C點(diǎn)的原子坐標(biāo)；
③根據(jù)晶體密度公式$ρ=\frac{z{M}_{r}}{{N}_{A}V}$計(jì)算，其中z為一個(gè)晶胞的粒子數(shù)，Mr為一個(gè)粒子的相對質(zhì)量，V為一個(gè)晶胞體積，已知磷化鋁與晶體Si為等電子體，二者應(yīng)為相似的，繼而聯(lián)想到金剛石晶胞的中原子排布，據(jù)此作答．

解答 解：（1）P元素為15號元素，原子核外有15個(gè)電子，所以核外電子排布式為：1s²2s²2p⁶3s²3p³，
故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p³；
（2）①同一周期元素中，元素的第一電離能隨著原子序數(shù)的增大而增大，但第VA族元素大于相鄰元素，S和P位于同一周期，且S位于第VIA族、P位于第VA族，所以第一電離能P＞S；同周期從左到右非金屬性增強(qiáng)，電負(fù)性增強(qiáng)，所以電負(fù)性磷＜硫，
故答案為：＞；＜；
②從P₄S₃分子的結(jié)構(gòu)可以看出，S原子形成兩個(gè)鍵，考慮到S原子本身價(jià)層含有兩對孤電子對，成鍵是3p中的單電子成鍵，因此雜化軌道為不等性的sp³雜化，
故答案為：sp³；
③1個(gè)P₄S₃分子中含有4個(gè)P和3個(gè)S，一個(gè)P含有1對孤電子對，1個(gè)S含有2對孤電子對，則每個(gè)P₄S₃分子含有的孤電子對數(shù)為4×1+2×3=10，
故答案為：10；
（3））①N、P、As、Sb均是第VA族的元素，沸點(diǎn)：PH₃＜NH₃，這是由于NH₃分子間形成了分子間氫鍵，而氫鍵的作用力大于范德華力，致使其沸點(diǎn)反常；沸點(diǎn)：PH₃＜AsH₃＜SbH₃，這是由于三者均不形成氫鍵，沸點(diǎn)是范德華力主導(dǎo)，隨著相對分子質(zhì)量增加，沸點(diǎn)增大，
故答案為：NH₃分子間存在氫鍵；相對分子質(zhì)量不斷增大，分子間作用力不斷增強(qiáng)；
②根據(jù)晶胞可以判斷是六方晶胞，晶胞頂點(diǎn)粒子占$\frac{1}{6}$，面心粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內(nèi)部粒子為整個(gè)晶胞所有，因此一個(gè)晶胞中，含有Fe的數(shù)目為$12×\frac{1}{6}+3+2×\frac{1}{2}=6$，N的數(shù)目為2，因此該晶體化學(xué)式為Fe₃N，
故答案為：Fe₃N；
（4）①磷化鋁晶體中磷與鋁的電負(fù)性存在差異，形成的是共價(jià)鍵，且為極性的，因此磷化鋁晶體中磷與鋁微粒間的作用力為（極性）共價(jià)鍵，
故答案為：（極性）共價(jià)鍵；
②已知B點(diǎn)的原子坐標(biāo)為B（$1，\frac{1}{2}，\frac{1}{2}$），A點(diǎn)原子坐標(biāo)為A（0，0，0），則晶胞以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間直角坐標(biāo)系，注意到B為晶胞右側(cè)面心粒子，并且已知磷化鋁與晶體Si為等電子體，二者應(yīng)為相似的，繼而聯(lián)想到金剛石晶胞的中原子排布，從A點(diǎn)處出發(fā)，一個(gè)P周圍連接四個(gè)Al，取出這部分，其實(shí)是正四面體構(gòu)型，C處于正四面體體心，根據(jù)立體幾何知識(shí)以及對稱性，不難判斷C的原子坐標(biāo)在各個(gè)坐標(biāo)軸上的分量為$\frac{1}{4}$，因此C點(diǎn)的原子坐標(biāo)為：（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$），
故答案為：（$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$，$\frac{1}{4}$）；
③立方晶胞頂點(diǎn)粒子占$\frac{1}{8}$，面粒子占$\frac{1}{2}$，晶胞內(nèi)部原子為整個(gè)晶胞所有，因此一個(gè)晶胞中含有Al的個(gè)數(shù)為
$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}=3$，含有P的個(gè)數(shù)為4，取1mol晶胞，則1mol晶胞的質(zhì)量為4×27+4×31=232g，1mol晶胞含有N_A個(gè)晶胞，記晶胞參數(shù)為acm，則一個(gè)晶胞的體積為${V}_{0}={a}^{3}c{m}^{3}$，因此晶胞的密度為$ρ=\frac{m}{{N}_{A}{V}_{0}}=\frac{232}{{N}_{A}{a}^{3}}g/c{m}^{3}$，則晶胞參數(shù)a=$\root{3}{\frac{232}{ρ{N}_{A}}}$cm，根據(jù)粒立體幾何知識(shí)，不難求出兩個(gè)Al原子之間最短的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}a$=$\frac{\sqrt{2}}{2}•\root{3}{\frac{232}{ρ{N}_{A}}}$cm，
故答案為：$\frac{\sqrt{2}}{2}•\root{3}{\frac{232}{ρ{N}_{A}}}$．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)，包括核外電子排布式的書寫，電負(fù)性和第一電離能的判斷，雜化軌道理論，氫鍵的知識(shí)，晶胞的計(jì)算．題目考查較為綜合，難度中等，是中檔題．值得一提的是，原子坐標(biāo)的書寫是大學(xué)無機(jī)化學(xué)的內(nèi)容，事實(shí)上原子坐標(biāo)各參數(shù)取值范圍在[0，1）之間，晶胞是無限重復(fù)并置的，簡言之“1”即“0”，這里還需借助立體幾何知識(shí)求解，能力考查要求是比較高的．