Question

【題目】鈣及其化合物在工業(yè)上、建筑工程上和醫(yī)藥上用途很大。回答下列問題

(1)基態(tài)Ca原子M能層有_____個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子，Ca的第一電離能__________(填“大于”或“小于”)Ga。

(2)Mn和Ca屬于同一周期，且核外最外層電子構(gòu)型相同，但金屬Mn的熔點(diǎn)沸點(diǎn)等都比金屬Ca高，原因是____________________。

(3)氯氣與熟石灰反應(yīng)制漂白粉時(shí)會(huì)生成副產(chǎn)物Ca(ClO3)2，Ca(ClO3)2中的陰離子空間構(gòu)型是__________、中心原子的雜化形式為___________。

(4)碳酸鹽的熱分解示意圖如圖所示

熱分解溫度：CaCO3_______ (填“高于”或“低于”)SrCO3，原因是_____________________________。從價(jià)鍵軌道看，CO2分子內(nèi)的化學(xué)鍵類型有__________。

(5)螢石是唯一一種可以提煉大量氟元素的礦物，晶胞如圖所示。Ca2+的配位數(shù)為__________，螢石的一個(gè)晶胞的離子數(shù)為__________，已知晶胞參數(shù)為0.545nm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則螢石的密度為__________g·cm－3(列出計(jì)算式)。

Answer 1

【答案】8 大于 Mn原子半徑較小且價(jià)電子數(shù)較多，金屬鍵較強(qiáng) 三角錐形 sp3 低于 r(Ca2+)<r(Sr2+)，CaO晶格能大于SrO晶格能，故CaCO3更易分解為CaO σ鍵，π鍵 8 12

【解析】

(1)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由能層、能級(jí)（電子云）、電子云伸展方向、電子自旋決定的，據(jù)此解答。

(2) Mn和Ca屬于同一周期，從原子半徑和價(jià)電子數(shù)影響金屬鍵強(qiáng)弱角度分析。

(3)分析陰離子ClO3-的中心氯原子的孤電子對(duì)數(shù)和σ鍵數(shù)，再根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論確定該陰離子的空間構(gòu)型和中心原子的雜化軌道類型。

(4)根據(jù)碳酸鹽的熱分解示意圖可知， CaCO3熱分解生成CaO，SrCO3熱分解生成SrO，CaO和SrO都是離子晶體，離子晶體的晶格能越大，離子晶體越穩(wěn)定，生成該晶體的反應(yīng)越容易發(fā)生。

(5)根據(jù)螢石晶胞示意圖中黑球和白球?qū)嶋H占有的個(gè)數(shù)，結(jié)合螢石的化學(xué)式（CaF2）中粒子個(gè)數(shù)比確定黑球、白球分別代表的粒子種類。在分析Ca2+的配位數(shù)時(shí)，可將螢石晶胞分割為8個(gè)小立方體，利用晶胞的“無隙并置”的特點(diǎn)，確定與1個(gè)Ca2+距離最近且相等的F-的個(gè)數(shù)。一個(gè)粒子（Ca2或F-）的質(zhì)量=，由于晶胞實(shí)際占有4個(gè)Ca2+和8個(gè)F-，故而確定晶胞質(zhì)量，再根據(jù)公式ρ=計(jì)算該晶體的密度。

(1)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由能層、能級(jí)（電子云）、電子云伸展方向、電子自旋決定的。基態(tài)Ca原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p64s2，所以M能層上有8個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。由于Ca原子的價(jià)層電子排布為4s2，已達(dá)全充滿狀態(tài)，比較穩(wěn)定；而Ga原子價(jià)層電子排布為4s24p1，不太穩(wěn)定，所以Ca的第一電離能大于Ga的第一電離能。

(2) Mn和Ca屬于同一周期，同周期從左至右原子半徑逐漸減小；Mn原子價(jià)層電子排布為3d54s2，Ca原子價(jià)層電子排布為4s2，價(jià)電子數(shù)Mn比Ca多，原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)。所以，金屬Mn的熔點(diǎn)沸點(diǎn)等都比金屬Ca高的原因是：Mn原子半徑較小且價(jià)電子數(shù)較多，金屬鍵較強(qiáng)。

(3) Ca(ClO3)2中的陰離子化學(xué)式為ClO3-，中心原子氯的孤電子對(duì)數(shù)=(7+1-3×2)=1，σ鍵數(shù)=3，中心原子氯的價(jià)層電子對(duì)數(shù)=1+3=4，根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，ClO3-的空間構(gòu)型是三角錐形，中心原子氯的雜化形式為sp3。

(4)由碳酸鹽的熱分解示意圖看出，CaCO3熱分解生成CaO，SrCO3熱分解生成SrO，CaO和SrO都是離子晶體，因?yàn)殡x子半徑r(Ca2+)<r(Sr2+)，CaO晶格能大于SrO晶格能，故CaCO3更易分解為CaO，所以CaCO3的熱分解溫度低于SrCO3。CO2分子結(jié)構(gòu)為O=C=O，C=O雙鍵中1條σ鍵，1條π鍵，所以CO2分子內(nèi)的化學(xué)鍵類型有σ鍵、π鍵。

(5)螢石的化學(xué)式為CaF2，即晶胞中鈣離子與氟離子個(gè)數(shù)比為1:2，從晶胞示意圖看，每個(gè)晶胞中實(shí)際占有黑球的個(gè)數(shù)=8×+6×=4，晶胞中實(shí)際占有白球的個(gè)數(shù)為8，據(jù)此可知黑球代表Ca2+，白球代表F-。將該面心立方晶胞分割成8個(gè)小立方體（），每個(gè)小立方體的4個(gè)頂點(diǎn)上是Ca2+，體心是F-，現(xiàn)選取一個(gè)頂點(diǎn)（Ca2+）作為考查對(duì)象，經(jīng)過該頂點(diǎn)的小立方體有8個(gè)，即與該頂點(diǎn)的Ca2+距離相等且最近的F-共有8個(gè)，所以Ca2+的配位數(shù)為8。螢石的一個(gè)晶胞中實(shí)際占有4個(gè)Ca2+和8個(gè)F-，所以螢石一個(gè)晶胞的離子數(shù)為12。1個(gè)Ca2+的質(zhì)量==g，1個(gè)F-的質(zhì)量==g，則螢石的密度ρ===g/cm3。