Question

【題目】磷及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要的作用。

(1)P元素有白磷、紅磷、黑磷三種常見(jiàn)的單質(zhì)。

①現(xiàn)代化學(xué)中，常利用_______上的特征譜線來(lái)鑒定元素。

②白磷(P4)易溶于CS2，難溶于水，原因是_________。

③黑磷是一種黑色有金屬光澤的晶體，是一種比石墨烯更優(yōu)秀的新型材料。白磷、紅磷都是分子晶體，黑磷晶體具有與石墨相類(lèi)似的層狀結(jié)構(gòu)，如下圖所示。下列有關(guān)黑磷晶體的說(shuō)法不正確的是_______。

A．黑磷晶體中磷原子雜化方式為sp3雜化

B．黑磷晶體中層與層之間的作用力是分子間作用力

C．黑磷晶體的每一層中磷原子都在同一平面上

D．P元素三種常見(jiàn)的單質(zhì)中，黑磷的熔沸點(diǎn)最高

(2)磷化硼是一種耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護(hù)層。磷化硼可由三溴化磷和三溴化硼于高溫下在氫氣中反應(yīng)合成。磷化硼晶體的晶胞如下圖所示，其中實(shí)心球?yàn)榱自�子�?/span>

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①磷化硼的化學(xué)式為_________，該晶體的晶體類(lèi)型是___________。

②三溴化磷中溴元素基態(tài)原子的電子排布式為_________，三溴化硼分子的空間構(gòu)型是________，合成磷化硼的化學(xué)方程式為：___________。

③在一個(gè)晶胞中磷原子空間堆積方式為________，磷原子的配位數(shù)為________，該結(jié)構(gòu)中有一個(gè)配位鍵，提供空軌道的原子是_______。已知晶體中B與P原子的最近距離為a nm，則該晶體的密度的表達(dá)式為(不需化簡(jiǎn))________g/cm3。

Answer 1

【答案】原子光譜 P4、CS2是非極性分子，H2O是極性分子，根據(jù)相似相溶原理，P4難溶于水 C BP 原子晶體 1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar] 3d104s24p5 平面三角形 PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr 面心立方最密堆積 4 B

【解析】

現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來(lái)鑒定元素；分子的溶解性，通常符合相似相溶原理；黑磷的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于石墨，但由于磷原子最外層電子數(shù)為5，所以發(fā)生sp3雜化，由于成鍵電子受孤電子對(duì)的排斥作用，所以層內(nèi)磷原子不在同一平面上；黑磷有別于紅磷和白磷，由于層內(nèi)原子間形成共價(jià)鍵，所以層內(nèi)應(yīng)形成原子晶體。在三溴化硼中，B原子的最外層電子全部參與成鍵，所以分子呈平面結(jié)構(gòu)；在磷化硼中，由圖中可以看出，每個(gè)B原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，而B的價(jià)電子只有3個(gè)，所以每個(gè)P原子提供1對(duì)孤對(duì)電子與B原子(提供空軌道)形成配位鍵，構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)；在BP晶胞中，每個(gè)B原子與2個(gè)P原子構(gòu)成夾角為109°28′的等腰三角形，利用余弦定理，可建立晶胞邊長(zhǎng)與B-P鍵長(zhǎng)間的定量關(guān)系，從而利用B-P鍵長(zhǎng)求出晶胞的邊長(zhǎng)，最終建立密度與邊長(zhǎng)的等量關(guān)系式。

(1)①現(xiàn)代化學(xué)中，鑒定原子，常使用原子光譜，利用光譜上的特征譜線來(lái)鑒定元素。

②白磷(P4)的結(jié)構(gòu)為正四面體，為非極性分子，易溶于非極性分子CS2，難溶于極性分子水，原因是P4、CS2是非極性分子，H2O是極性分子，根據(jù)相似相溶原理，P4難溶于水。

③A．黑磷晶體中磷原子與周?chē)?/span>3個(gè)P原子形成共價(jià)鍵，每個(gè)P原子還有1對(duì)孤對(duì)電子，所以雜化方式為sp3雜化，A正確；

B．黑磷晶體中層與層之間不形成共價(jià)鍵，僅通過(guò)范德華力結(jié)合，所以層間作用力是分子間作用力，B正確；

C．黑磷晶體的每一層中磷原子發(fā)生sp3雜化，由于孤電子對(duì)的排斥作用，P原子不在一個(gè)平面上，C不正確；

D．P元素三種常見(jiàn)的單質(zhì)中，白磷和紅磷都形成分子晶體，而黑磷層內(nèi)磷原子間形成共價(jià)鍵，相當(dāng)于原子晶體，所以黑磷的熔沸點(diǎn)最高，D正確；

故選C。

答案為：原子光譜；P4、CS2是非極性分子，H2O是極性分子，根據(jù)相似相溶原理，P4難溶于水；C；

(2)①在磷化硼晶體中，利用均攤法，可求出含P原子個(gè)數(shù)為=4，含B原子個(gè)數(shù)為4，二者原子個(gè)數(shù)比為1:1，所以磷化硼的化學(xué)式為BP，該晶體內(nèi)原子間全部形成共價(jià)鍵，沒(méi)有其它作用力，所以晶體類(lèi)型是原子晶體。

②三溴化磷中溴元素基態(tài)原子核外電子排布為2、8、18、7，電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar] 3d104s24p5，三溴化硼分子中，B原子發(fā)生sp2雜化，不存在孤電子對(duì)，所以空間構(gòu)型是平面三角形；三溴化磷和三溴化硼于高溫下在氫氣中反應(yīng)生成BP和HBr，合成磷化硼的化學(xué)方程式為：PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr。

③在一個(gè)晶胞中，磷原子的疊合方式為三層一循環(huán)，所以磷原子空間堆積方式為面心立方最密堆積，每個(gè)磷原子周?chē)�距離最近的硼原子有4個(gè)，所以磷原子的配位數(shù)為4，該結(jié)構(gòu)中有一個(gè)配位鍵，提供空軌道的原子是B。已知晶體中B與P原子的最近距離為a nm，我們?nèi)∫粋�(gè)以B為中心的正四面體，然后從其中取一個(gè)等腰三角形，此時(shí)兩腰的夾角為109°28′，利用余弦定理可得，()2=a2+a2-2aacos109°28′，查表知，cos109°28′= -，從而求出x=nm，則該晶體的密度的表達(dá)式為=g/cm3。

答案為：BP；原子晶體；1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar] 3d104s24p5；平面三角形；PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr；面心立方最密堆積；4；B；。