Question

【題目】決定物質性質的重要因素是物質結構。請回答下列問題：

(1)已知元素M是組成物質Ca5(PO4)3F的一種元素。元素M的氣態原子逐個失去第1個至第5個電子所需能量(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化合態常見化合價是_________價，其基態原子電子排布式為_________。

(2)Ca3(PO4)3F中非金屬元素電負性由大到小的順序為_________。

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

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

(5)已知MgO與CaO的晶體結構相似，其摩氏硬度的大小關系為_________，原因為___________。

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】

根據處于同一電子層內相鄰電子的電離能相差不大，不同電子層內相鄰電子的電離能相差較多分析；結合原子核外電子排布規律書寫其基態原子電子排布式；利用元素的非金屬性越強，電負性越大，分析該物質中的元素電負性大小；根據微粒的空間構型、等電子體概念分析判斷PO43－的結構，并學會運用晶胞結構中微粒的相對位置，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的硬度和熔沸點關系，據此解答。

(1) 根據元素M的氣態原子的第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個電子，原子半徑大，容易失去最外層的2個電子，化合價為+2價；根據原子核外電子排布規律可知Ca基態原子電子排布式為[Ar]4s2或寫為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，其電負性就越大，所以按電負性由大到小的順序排列為F>O>P；

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

(4)根據CaF2晶胞結構可知：在每個晶胞中與Ca2+離子距離最近且等距離的Ca2+有3個，通過每個Ca2+可形成8個晶胞，每個Ca2+計算了2次，所以與Ca2+離子距離最近且等距離的Ca2+有(3×8)÷2=12個；將CaF2晶胞分成8個小正方體，正方體中心為F-離子，頂點為Ca2+，晶胞中共有4個鈣離子、8個氟離子。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，根據晶體密度計算公式可得該晶體的密度=g/cm3；

(5)MgO與CaO的晶體結構相似，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，物質的硬度就越小，故其摩氏硬度的大小關系為MgO>CaO。