Question

【題目】磷及其化合物在工農業生產中有重要的作用。

(1)P元素有白磷、紅磷、黑磷三種常見的單質。

①現代化學中，常利用_______上的特征譜線來鑒定元素。

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似的層狀結構，如下圖所示。下列有關黑磷晶體的說法不正確的是_______。

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元素三種常見的單質中，黑磷的熔沸點最高

(2)磷化硼是一種耐磨涂料，它可用作金屬的表面保護層。磷化硼可由三溴化磷和三溴化硼于高溫下在氫氣中反應合成。磷化硼晶體的晶胞如下圖所示，其中實心球為磷原子。

請回答下列問題：

①磷化硼的化學式為_________，該晶體的晶體類型是___________。

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

③在一個晶胞中磷原子空間堆積方式為________，磷原子的配位數為________，該結構中有一個配位鍵，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式為(不需化簡)________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】

現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素；分子的溶解性，通常符合相似相溶原理；黑磷的晶體結構類似于石墨，但由于磷原子最外層電子數為5，所以發生sp3雜化，由于成鍵電子受孤電子對的排斥作用，所以層內磷原子不在同一平面上；黑磷有別于紅磷和白磷，由于層內原子間形成共價鍵，所以層內應形成原子晶體。在三溴化硼中，B原子的最外層電子全部參與成鍵，所以分子呈平面結構；在磷化硼中，由圖中可以看出，每個B原子形成4個共價鍵，而B的價電子只有3個，所以每個P原子提供1對孤對電子與B原子(提供空軌道)形成配位鍵，構成正四面體結構；在BP晶胞中，每個B原子與2個P原子構成夾角為109°28′的等腰三角形，利用余弦定理，可建立晶胞邊長與B-P鍵長間的定量關系，從而利用B-P鍵長求出晶胞的邊長，最終建立密度與邊長的等量關系式。

(1)①現代化學中，鑒定原子，常使用原子光譜，利用光譜上的特征譜線來鑒定元素。

②白磷(P4)的結構為正四面體，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，根據相似相溶原理，P4難溶于水。

③A．黑磷晶體中磷原子與周圍3個P原子形成共價鍵，每個P原子還有1對孤對電子，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鍵，僅通過范德華力結合，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生sp3雜化，由于孤電子對的排斥作用，P原子不在一個平面上，C不正確；

D．P元素三種常見的單質中，白磷和紅磷都形成分子晶體，而黑磷層內磷原子間形成共價鍵，相當于原子晶體，所以黑磷的熔沸點最高，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原子個數為=4，含B原子個數為4，二者原子個數比為1:1，所以磷化硼的化學式為BP，該晶體內原子間全部形成共價鍵，沒有其它作用力，所以晶體類型是原子晶體。

②三溴化磷中溴元素基態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原子發生sp2雜化，不存在孤電子對，所以空間構型是平面三角形；三溴化磷和三溴化硼于高溫下在氫氣中反應生成BP和HBr，合成磷化硼的化學方程式為：PBr3＋BBr3＋3H2BP＋6HBr。

③在一個晶胞中，磷原子的疊合方式為三層一循環，所以磷原子空間堆積方式為面心立方最密堆積，每個磷原子周圍距離最近的硼原子有4個，所以磷原子的配位數為4，該結構中有一個配位鍵，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，我們取一個以B為中心的正四面體，然后從其中取一個等腰三角形，此時兩腰的夾角為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；。