Question

磷及其化合物在工农业生产中有重要的作用。

(1)P元素有白磷、红磷、黑磷三种常见的单质。

①现代化学中，常利用_______上的特征谱线来鉴定元素。

②白磷(P₄)易溶于CS₂，难溶于水，原因是_________。

③黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。白磷、红磷都是分子晶体，黑磷晶体具有与石墨相类似的层状结构，如下图所示。下列有关黑磷晶体的说法不正确的是_______。

A．黑磷晶体中磷原子杂化方式为sp³杂化

B．黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力

C．黑磷晶体的每一层中磷原子都在同一平面上

D．P元素三种常见的单质中，黑磷的熔沸点最高

(2)磷化硼是一种耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼可由三溴化磷和三溴化硼于高温下在氢气中反应合成。磷化硼晶体的晶胞如下图所示，其中实心球为磷原子。

请回答下列问题：

①磷化硼的化学式为_________，该晶体的晶体类型是___________。

②三溴化磷中溴元素基态原子的电子排布式为_________，三溴化硼分子的空间构型是________，合成磷化硼的化学方程式为：___________。

③在一个晶胞中磷原子空间堆积方式为________，磷原子的配位数为________，该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是_______。已知晶体中B与P原子的最近距离为a nm，则该晶体的密度的表达式为(不需化简)________g/cm³。

Answer

原子光谱 P4 、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水 C BP 原子晶体 1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar] 3d104s24p5 平面三角形 PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr 面心立方最密堆积 4 B

【解析】

现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素；分子的溶解性，通常符合相似相溶原理；黑磷的晶体结构类似于石墨，但由于磷原子最外层电子数为5，所以发生sp3杂化，由于成键电子受孤电子对的排斥作用，所以层内磷原子不在同一平面上；黑磷有别于红磷和白磷，由于层内原子间形成共价键，所以层内应形成原子晶体。在三溴化硼中，B原子的最外层电子全部参与成键，所以分子呈平面结构；在磷化硼中，由图中可以看出，每个B原子形成4个共价键，而B的价电子只有3个，所以每个P原子提供1对孤对电子与B原子(提供空轨道)形成配位键，构成正四面体结构；在BP晶胞中，每个B原子与2个P原子构成夹角为109°28′的等腰三角形，利用余弦定理，可建立晶胞边长与B-P键长间的定量关系，从而利用B-P键长求出晶胞的边长，最终建立密度与边长的等量关系式。

(1)①现代化学中，鉴定原子，常使用原子光谱，利用光谱上的特征谱线来鉴定元素。

②白磷(P4)的结构为正四面体，为非极性分子，易溶于非极性分子CS2，难溶于极性分子水，原因是P4 、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水。

③A．黑磷晶体中磷原子与周围3个P原子形成共价键，每个P原子还有1对孤对电子，所以杂化方式为sp3杂化，A正确；

B．黑磷晶体中层与层之间不形成共价键，仅通过范德华力结合，所以层间作用力是分子间作用力，B正确；

C．黑磷晶体的每一层中磷原子发生sp3杂化，由于孤电子对的排斥作用，P原子不在一个平面上，C不正确；

D．P元素三种常见的单质中，白磷和红磷都形成分子晶体，而黑磷层内磷原子间形成共价键，相当于原子晶体，所以黑磷的熔沸点最高，D正确；

故选C。

答案为：原子光谱；P4 、CS2是非极性分子，H2O是极性分子，根据相似相溶原理，P4难溶于水；C；

(2)①在磷化硼晶体中，利用均摊法，可求出含P原子个数为=4，含B原子个数为4，二者原子个数比为1:1，所以磷化硼的化学式为BP，该晶体内原子间全部形成共价键，没有其它作用力，所以晶体类型是原子晶体。

②三溴化磷中溴元素基态原子核外电子排布为2、8、18、7，电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar] 3d104s24p5，三溴化硼分子中，B原子发生sp2杂化，不存在孤电子对，所以空间构型是平面三角形；三溴化磷和三溴化硼于高温下在氢气中反应生成BP和HBr，合成磷化硼的化学方程式为：PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr。

③在一个晶胞中，磷原子的叠合方式为三层一循环，所以磷原子空间堆积方式为面心立方最密堆积，每个磷原子周围距离最近的硼原子有4个，所以磷原子的配位数为4，该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是B。已知晶体中B与P原子的最近距离为a nm，我们取一个以B为中心的正四面体，然后从其中取一个等腰三角形，此时两腰的夹角为109°28′，利用余弦定理可得，()2=a2+a2-2a∙acos109°28′，查表知，cos109°28′= -，从而求出x=nm，则该晶体的密度的表达式为=g/cm3。

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