Question

16．白磷是制備高純度磷酸、煙幕彈、燃燒彈等的重要原料，工業(yè)上制備白磷的原理之一為4Ca₅ （PO₄）₃F+21Si0₂+30C?3P₄+20GaSiO₃+30CO↑+SiF₄，回答相關(guān)問題：
（1）基態(tài)磷原子的價(jià)層電子排布圖為，上述反應(yīng)涉及的第二周期元素中第一電離能由大到小的順序?yàn)镕＞O＞C（用元素符號(hào)表示）．
（2）上述物質(zhì)中，中心原子雜化軌道類型為sp³的分子有P₄、SiF₄，SiF₄分子構(gòu)型為正四面體．若不考慮C的晶體類型，則上述反應(yīng)過程消失的晶體類型為原子晶體．
（3）碳、硅同一主族，CF₄沸點(diǎn)比SiF₄低的原因是CF₄、SiF₄都是分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，SiF₄分子間作用力大于CF₄；碳能形成π鍵而硅難形成π鍵的主要原因是硅原子半徑比碳原子半徑大．
（4）圖1為硫、磷元素形成的一種分子，分子中每個(gè)原子最外層均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，該化合物的分子式為P₄S₃，若其晶體中分子的堆積方式與干冰相同，則晶體中每個(gè)分子的配位數(shù)是12．
（5）碳、硅兩種元素形成的一種高硬度化合物的晶胞如圖2所示，若該化合物的密度為ρg•cm³，晶胞參數(shù)為a pm，則阿伏加德羅常數(shù)為$\frac{1.6×1{0}^{32}}{ρa(bǔ)}$mol^-1．

Answer 1

分析 （1）P是15號(hào)元素，最外層有5個(gè)電子，根據(jù)電子排布規(guī)律書寫電子的排布圖，題中反應(yīng)涉及的第二周期元素有C、O、F，根據(jù)元素的非金屬性可比較出第一電離能由大到小；
（2）上述物質(zhì)中，P₄中的磷原子周圍有三對(duì)共用電子對(duì)和一對(duì)孤電子對(duì)，SiF₄中硅原子周圍有四對(duì)共用電子對(duì)，都是sp³雜化，SiF₄中硅原子周圍有四對(duì)共用電子對(duì)，沒有孤電子對(duì)，據(jù)此判斷分子構(gòu)型；根據(jù)上述反應(yīng)可知，反應(yīng)中有二氧化硅為原子晶體，而生成物中沒有原子晶體；
（3）碳、硅同一主族，CF₄、SiF₄都是分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，結(jié)構(gòu)相似分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，其沸點(diǎn)越高，原子半徑越大，越難形成π鍵；
（4）根據(jù)圖1可知，分子中每個(gè)原子最外層均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則空心球?yàn)榱蛟�子，�?shí)心球?yàn)榱自�子，�?jù)此確定化合物的分子式，根據(jù)干冰晶胞的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)二氧化碳分子周圍距離最近的二氧化碳分子有12個(gè)；
（5）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有的碳原子數(shù)為4，硅原子數(shù)為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根據(jù)$\frac{\frac{4×（12+28）}{{N}_{A}}}{（apm）^{3}}$可計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)．

解答 解：（1）P是15號(hào)元素，最外層有5個(gè)電子，即價(jià)層有5個(gè)電子，所以價(jià)層電子的排布圖為，上述元素中，位于第二周期的元素為C、O、F，同周期隨原子序數(shù)增大，元素第一電離能呈增大趨勢(shì)，注意ⅡA、ⅤA族元素第一電離能高于同周期相鄰元素，故第一電離能F＞O＞C，
故答案為：；F＞O＞C；
（2）上述物質(zhì)中，P₄中的磷原子周圍有三對(duì)共用電子對(duì)和一對(duì)孤電子對(duì)，SiF₄中硅原子周圍有四對(duì)共用電子對(duì)，都是sp³雜化，SiF₄中硅原子周圍有四對(duì)共用電子對(duì)，沒有孤電子對(duì)，所以分子構(gòu)型為正四面體，根據(jù)上述反應(yīng)可知，反應(yīng)中有二氧化硅為原子晶體，而生成物中沒有原子晶體，所以消失的晶體類型為原子晶體，
故答案為：P₄、SiF₄；正四面體；原子晶體；
（3）碳、硅同一主族，CF₄、SiF₄都是分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，SiF₄的相對(duì)分子質(zhì)量大于CF₄，SiF₄分子間作用力大于CF₄，所以SiF₄沸點(diǎn)高，硅原子半徑比碳原子半徑大，所以硅比碳難形成π鍵，
故答案為：CF₄、SiF₄都是分子晶體，結(jié)構(gòu)相似，SiF₄分子間作用力大于CF₄；硅原子半徑比碳原子半徑大；
（4）根據(jù)圖1可知，分子中每個(gè)原子最外層均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則空心球?yàn)榱蛟�子，�?shí)心球?yàn)榱自�子，所以該化合物的分子式為P₄S₃，根據(jù)干冰晶胞的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)二氧化碳分子周圍距離最近的二氧化碳分子有12個(gè)，所以晶體中每個(gè)分子的配位數(shù)是12，
故答案：P₄S₃；12；
（5）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)圖可知，晶胞中含有的碳原子數(shù)為4，硅原子數(shù)為$8×\frac{1}{8}+6×\frac{1}{2}$=4，根據(jù)$\frac{\frac{4×（12+28）}{{N}_{A}}}{（apm）^{3}}$可知，N_A=$\frac{4×（12+28）}{ρ×a×1{0}^{-30}}$mol^-1=$\frac{1.6×1{0}^{32}}{ρa(bǔ)}$mol^-1，
故答案為：$\frac{1.6×1{0}^{32}}{ρa(bǔ)}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查，涉及電離能、等電子體、晶胞結(jié)構(gòu)與計(jì)算、化學(xué)鍵、雜化方式、熔沸點(diǎn)高低比較等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活應(yīng)用能力，難度中等，注意識(shí)記中學(xué)常見晶胞結(jié)構(gòu)．