题目
9 0-|||-) 0-|||-图甲-|||-图乙Na3（VO1-xPO4）2F1+2x（0≤x≤1，NVPFs）聚阴离子材料是一种具有广泛应用前景、高能量密度的钠离子电池的正极材料。制备具有优异电化学性能的NVPFs时，NaH2PO4⋅2H2O可能是最合适的磷源，而VCl3、VOSO4⋅xH2O和NH4VO3可能是最佳钒源。根据所学知识，回答下列问题：（1）基态V原子的价电子排布式为 ____ 。（2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+(1)/(2)表示，则与之相反的用-(1)/(2)表示，+(1)/(2)、-(1)/(2)即称为电子的自旋磁量子数。对于基态氧原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 ____ 。（3）NH3和PH3结构相似，但NH3易溶于水，PH3难溶于水，原因是 ____ 。（4）已知NaH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为 ____ 。（5）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料等领域。V2O5是一种常见的催化剂，在合成硫酸中起到重要作用，其结构式如图甲所示。则V2O5分子中σ键和π键数目之比为 ____ 。V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na3VO4）。VO43-与PO43-的空间构型相同，则VO43-的空间构型为 ____ ，其中V原子的杂化方式为 ____ 。（6）Na2O的立方晶胞结构如图乙所示。若最近的两个Na+之间的距离为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度为 ____ g⋅cm-3。
Na3（VO1-xPO4）2F1+2x（0≤x≤1，NVPFs）聚阴离子材料是一种具有广泛应用前景、高能量密度的钠离子电池的正极材料。制备具有优异电化学性能的NVPFs时，NaH2PO4⋅2H2O可能是最合适的磷源，而VCl3、VOSO4⋅xH2O和NH4VO3可能是最佳钒源。根据所学知识，回答下列问题：（1）基态V原子的价电子排布式为 ____ 。
（2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+$\frac{1}{2}$表示，则与之相反的用-$\frac{1}{2}$表示，+$\frac{1}{2}$、-$\frac{1}{2}$即称为电子的自旋磁量子数。对于基态氧原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 ____ 。
（3）NH3和PH3结构相似，但NH3易溶于水，PH3难溶于水，原因是 ____ 。
（4）已知NaH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为 ____ 。
（5）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料等领域。V2O5是一种常见的催化剂，在合成硫酸中起到重要作用，其结构式如图甲所示。则V2O5分子中σ键和π键数目之比为 ____ 。V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠（Na3VO4）。VO43-与PO43-的空间构型相同，则VO43-的空间构型为 ____ ，其中V原子的杂化方式为 ____ 。
（6）Na2O的立方晶胞结构如图乙所示。若最近的两个Na+之间的距离为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体的密度为 ____ g⋅cm-3。
题目解答
答案
解：（1）V是23号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，属于过渡元素，其价电子包括3d、4s电子，基态V原子的价电子排布式为3d34s2，
故答案为：3d34s2；
（2）基态O原子内层均填充满，价电子轨道排布图为
，则对于基态氧原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为+$\frac{1}{2}$+（+$\frac{1}{2}$）=+1或者为-$\frac{1}{2}$+（-$\frac{1}{2}$）=-1，
故答案为：+1（或-1）；
（3）NH3和H2O易形成氢键，导致NH3在水中更容易溶解，因此NH3极易溶于水，而PH3难溶于水，
故答案为：NH3和H2O易形成氢键；
（4）含氧酸分子中只有羟基上的H可以被电离出来，由NaH2PO2是次磷酸的正盐可知，H3PO2为一元酸，其分子中只有一个羟基，另外2个H与P成键，还有一个O与P形成双键，故其结构式为
，
故答案为：；
（5）单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，由五氧化二钒的结构式可知，分子中σ键和π键数目之比为6：4=3：2；VO43-与PO43-的空间构型相同，PO43-中P原子的孤电子对数为$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数为4+0=4，PO43-的空间构型为正四面体形，则VO43-的空间构型为正四面体形，钒原子的杂化方式为sp3杂化，
故答案为：3：2；正四面体形；sp3杂化；
（6）晶胞中黑色球数目为8，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑色球与白色球数目之比为8：4=2：1，结合化学式Na2O可知，黑色球代表Na+，白色球代表O2-，晶胞相当于含有4个“Na2O”，晶胞的质量为4×$\frac{62g/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$=$\frac{4×62}{{N}_{A}}$g，最近的两个Na+之间的距离为apm，钠离子处于$\frac{1}{8}$晶胞体心位置，则晶胞棱长为2apm，则晶体密度=$\frac{\frac{4×62}{{N}_{A}}g}{（2a×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm-3，
故答案为：$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$。
故答案为：3d34s2；
（2）基态O原子内层均填充满，价电子轨道排布图为
，则对于基态氧原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为+$\frac{1}{2}$+（+$\frac{1}{2}$）=+1或者为-$\frac{1}{2}$+（-$\frac{1}{2}$）=-1，故答案为：+1（或-1）；
（3）NH3和H2O易形成氢键，导致NH3在水中更容易溶解，因此NH3极易溶于水，而PH3难溶于水，
故答案为：NH3和H2O易形成氢键；
（4）含氧酸分子中只有羟基上的H可以被电离出来，由NaH2PO2是次磷酸的正盐可知，H3PO2为一元酸，其分子中只有一个羟基，另外2个H与P成键，还有一个O与P形成双键，故其结构式为
，故答案为：
；（5）单键为σ键，双键含有1个σ键、1个π键，由五氧化二钒的结构式可知，分子中σ键和π键数目之比为6：4=3：2；VO43-与PO43-的空间构型相同，PO43-中P原子的孤电子对数为$\frac{5+3-2×4}{2}$=0，价层电子对数为4+0=4，PO43-的空间构型为正四面体形，则VO43-的空间构型为正四面体形，钒原子的杂化方式为sp3杂化，
故答案为：3：2；正四面体形；sp3杂化；
（6）晶胞中黑色球数目为8，白色球数目为8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，黑色球与白色球数目之比为8：4=2：1，结合化学式Na2O可知，黑色球代表Na+，白色球代表O2-，晶胞相当于含有4个“Na2O”，晶胞的质量为4×$\frac{62g/mol}{{N}_{A}mo{l}^{-1}}$=$\frac{4×62}{{N}_{A}}$g，最近的两个Na+之间的距离为apm，钠离子处于$\frac{1}{8}$晶胞体心位置，则晶胞棱长为2apm，则晶体密度=$\frac{\frac{4×62}{{N}_{A}}g}{（2a×1{0}^{-10}cm）^{3}}$=$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$g•cm-3，
故答案为：$\frac{4×62}{{N}_{A}×（2a×1{0}^{-10}）^{3}}$。