Question

【題目】決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素是物質(zhì)結(jié)構(gòu)。請回答下列問題：

(1)已知元素M是組成物質(zhì)Ca5(PO4)3F的一種元素。元素M的氣態(tài)原子逐個(gè)失去第1個(gè)至第5個(gè)電子所需能量(即電離能，用符號I1至I5表示)如表所示：

	I1	I2	I3	I4	I5
電離能	589.8	1145.4	4912.4	6491	8153

元素M化合態(tài)常見化合價(jià)是_________價(jià)，其基態(tài)原子電子排布式為_________。

(2)Ca3(PO4)3F中非金屬元素電負(fù)性由大到小的順序?yàn)?/span>_________。

(3)PO43-的中心原子的雜化方式為_________，該離子的空間構(gòu)型為_________，鍵角為________，其等電子體有_________ (請寫出兩種)。

(4)CaF2晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則CaF2晶體中與Ca2+最近且等距離的Ca2+數(shù)目為_________；已知Ca2+和F半徑分別為a cm、b cm，阿伏加德羅常數(shù)為NA，M為摩爾質(zhì)量，則晶體密度為________g·cm3(不必化簡)。

(5)已知MgO與CaO的晶體結(jié)構(gòu)相似，其摩氏硬度的大小關(guān)系為_________，原因?yàn)?/span>___________。

Answer 1

【答案】+2 [Ar]4s2 F>O>P sp3 正四面體形 109°28′ SO42-、CCl4等 12 MgO>CaO Mg2+半徑比Ca2+小，晶格能較大

【解析】

根據(jù)處于同一電子層內(nèi)相鄰電子的電離能相差不大，不同電子層內(nèi)相鄰電子的電離能相差較多分析；結(jié)合原子核外電子排布規(guī)律書寫其基態(tài)原子電子排布式；利用元素的非金屬性越強(qiáng)，電負(fù)性越大，分析該物質(zhì)中的元素電負(fù)性大��；根據(jù)微粒的空間構(gòu)型、等電子體概念分析判斷PO43－的結(jié)構(gòu)，并學(xué)會運(yùn)用晶胞結(jié)構(gòu)中微粒的相對位置，判斷微粒距離及晶體密度大小，利用微粒半徑大小分析物質(zhì)的硬度和熔沸點(diǎn)關(guān)系，據(jù)此解答。

(1) 根據(jù)元素M的氣態(tài)原子的第I1-I5電離能大小可以看出：I1、I2相差不大，二I2、I3電離能相差較多，說明M原子最外層有2個(gè)電子。在Ca5(PO4)3中元素有Ca、P、O三種元素，只有Ca元素最外層有2個(gè)電子，原子半徑大，容易失去最外層的2個(gè)電子，化合價(jià)為+2價(jià)；根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律可知Ca基態(tài)原子電子排布式為[Ar]4s2或?qū)憺?/span>1s22s22p63s23p64s2；

(2)Ca3(PO4)3F中非金屬元素有P、O、F三種，元素的非金屬性F>O>P，元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越大，所以按電負(fù)性由大到小的順序排列為F>O>P；

(3) PO43－的中心原子P的價(jià)層電子對數(shù)是4，故P原子雜化為sp3雜化；由于孤對電子對數(shù)為0，該離子的空間構(gòu)型為正四面體形，鍵角為109°28′，其等電子體有SO42-、CCl4；

(4)根據(jù)CaF2晶胞結(jié)構(gòu)可知：在每個(gè)晶胞中與Ca2+離子距離最近且等距離的Ca2+有3個(gè)，通過每個(gè)Ca2+可形成8個(gè)晶胞，每個(gè)Ca2+計(jì)算了2次，所以與Ca2+離子距離最近且等距離的Ca2+有(3×8)÷2=12個(gè)；將CaF2晶胞分成8個(gè)小正方體，正方體中心為F-離子，頂點(diǎn)為Ca2+，晶胞中共有4個(gè)鈣離子、8個(gè)氟離子。立方體的對角線為2(a+b)，則晶胞的對角線為4(a+b)，晶胞的邊長為，根據(jù)晶體密度計(jì)算公式可得該晶體的密度=g/cm3；

(5)MgO與CaO的晶體結(jié)構(gòu)相似，由于離子半徑Ca2+>Mg2+，離子半徑越大，與O2-形成的離子鍵的鍵長就越大，晶格能就越小，物質(zhì)的硬度就越小，故其摩氏硬度的大小關(guān)系為MgO>CaO。