Question

氟磷灰石是常见的钙氟磷酸盐矿物，其化学式为Ca₅(PO₄)₃F，由氟磷灰石制取黄磷(P₄)的化学式为4Ca₅(PO₄)₃F(s)+21SiO₂(s)+30C(s)=3P₄(g)+20CaSiO₃(s)+30CO(g)+SiF₄(g)，请回答下列问题：

(1)基态Ca原子电子所占据最高能级的电子云轮廓图为________，基态P原子的价电子轨道表达式为________。

(2)由氟磷灰石制取黄磷(P₄)产物中属于极性分子的化合物是________，与其互为等电子体的分子为________。

(3)黄磷(P₄)晶体的空间结构如图甲所示，P的杂化轨道类型为________，磷的一种硫化物P₄S₃的空间结构如图乙所示，每个S原子中含有孤电子对的数目为________。

   

(4)SiO₂的沸点________(填“大于”或“小于”)CO₂的沸点，其原因为________。

(5)Ca与Ti、O元素形成的化合物的晶胞结构如图所示，则该晶体的化学式为________，若晶胞密度为ρg∙cm^-3，阿伏加德罗常数的值为N_A，则该晶胞中两个距离最近的O原子之间的距离为________pm(用含ρ、N_A的表达式表示)。

Answer

球形 CO N2 sp3杂化 2 大于 SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，原子晶体的熔沸点比分子晶体的熔沸点高 CaTiO3

【解析】

(1)基态Ca原子的价电子排布式为4s2，电子所占据最高能级为4s；基态P原子的价电子排布式为3s23p3。

(2)由氟磷灰石制取黄磷(P4)产物中P4、SiF4为非极性分子，CaSiO3为离子化合物，CO为极性分子，若两种离子或分子含有相同的原子数和价电子总数则互为等电子体。

(3)根据价层电子互斥理论进行判断。

(4)原子晶体的熔沸点比分子晶体的熔沸点高。

(5)根据“均摊法”进行计算。

(1)基态Ca原子的价电子排布式为4s2，电子所占据最高能级为4s，其电子云轮廓图为球形，基态P原子的价电子排布式为3s23p3，其价电子轨道表达式也就是价电子排布图为。

(2)由氟磷灰石制取黄磷(P4)产物中P4、SiF4为非极性分子，CaSiO3为离子化合物，CO为极性分子，若两种离子或分子含有相同的原子数和价电子总数则互为等电子体，故与CO互为等电子体的分子为N2。

(3)黄磷(P4)晶体的空间构型为正四面体，每个P原子含有的价层电子对数为3+(5-3)÷2=4，故P原子的杂化轨道类型为sp3杂化，P4S3中每个S原子与两个P原子以单键相连，S原子的价层电子对数为2+(6-2)÷2=4，故S原子有两对成键电子对和两对孤电子对。

(4)SiO2的沸点大于CO2的沸点，其原因为SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，原子晶体的熔沸点比分子晶体的熔沸点高。

(5)根据“均摊法”可知，该晶胞中含有1个Ca2+、1个Ti4+和3个O2-，故其化学式为CaTiO3，设该晶胞参数为acm，则有，，两个最近的O原子之间的距离为单位换算可知结果为。