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：

電離能	I1	I2	I3	I4	I5
電離能/(kJ·mol－1)	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)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__________________。

(5)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·cm－3(不必化簡)。

Answer 1

【答案】＋2 [Ar]4s2或1s22s22p63s23p64s2 F＞O＞P sp3 正四面體形 109°28′ SO42-、CCl4等 MgO＞CaO Mg2＋半徑比Ca2＋小，晶格能較大 12

【解析】

(1)根據元素M的氣態原子的第I1至I5電離能大小可以看出：I1、I2相差不大，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，只有鈣元素最外層有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1s22s22p63s23p64s2。

(2)Ca3(PO4)3F中非金屬元素為F、O、P，三者的非金屬性F＞O＞P，電負性與非金屬性強弱關系一致，所以電負性由大到小的順序為F＞O＞P；

(3)PO43-的中心原子P的價層電子對數是4，故磷原子雜化為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′，原子數和價電子數分別都相等的是等電子體，其等電子體有SO42-、CCl4。答案為：sp3；正四面體形；109°28′；SO42-、CCl4等；

(4)已知MgO與CaO的晶體結構相似，Mg2+與Ca2+帶電荷相同，但半徑Mg2+比Ca2+小，晶格能大，所以其摩氏硬度的大小關系為MgO＞CaO，原因為Mg2＋半徑比Ca2＋小，晶格能較大。答案為：MgO＞CaO；Mg2＋半徑比Ca2＋小，晶格能較大；

(5)根據CaF2晶胞結構可知：在每個晶胞中與Ca2＋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＋距離最近且等距離的Ca2＋有(3×8)÷2＝12個；在CaF2晶胞中，共含有4個“CaF2”，將CaF2晶胞分成8個小正方體，正方體中心為F－，頂點為Ca2＋，晶胞中共有4個鈣離子、8個氟離子。Ca2＋與F－的最近核間距(a＋b)為晶胞體對角線的。故晶胞邊長為。根據＝4M，可求晶體密度=g·cm－3。答案為：12；。