Question

（2011?江西）氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料．以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應可以得到BF₃和BN，如下圖所示
請回答下列問題：
（1）由B₂O₃制備BF₃、BN的化學方程式依次是

B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O

、

B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O

；
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為

1s²2s²2p¹

；B和N相比，電負性較大的是

N

，BN中B元素的化合價為

+3

；
（3）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是

120°

，B原子的雜化軌道類型為

sp²

，BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立體結構為

正四面體

；
（4）在與石墨結構相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學鍵為

共價鍵（或極性共價鍵）

，層間作用力為

分子間作用力

；
（5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉化為立方氮化硼，其結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有

4

個氮原子、

4

個硼原子，立方氮化硼的密度是

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3（只要求列算式，不必計算出數(shù)值，阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）．

Answer 1

分析：（1）由圖及元素守恒可寫出這兩個反應的方程式：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；
（2）B的原子序數(shù)為5，其基態(tài)原子的電子排布式為1s²2s²2p¹；B和N都屬于第二周期元素，同周期自左至右元素的電負性逐漸增大，故電負性較大的是N；B屬于第ⅢA族元素，化合價為+3價．
（3）依據(jù)價層電子對互斥理論，計算出的孤對電子對數(shù)以及價層電子對數(shù)，可判斷出分子的空間構型；
（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學鍵是極性共價鍵；根據(jù)其結構與石墨相似，層與層之間應該靠分子間作用力結合．
（5）描述晶體結構的基本單元叫做晶胞，金剛石晶胞是立方體，其中8個頂點有8個碳原子，6個面各有6個碳原子，立方體內(nèi)部還有4個碳原子，如圖所示：所以金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此立方氮化硼晶胞中應該含有4個N和4個B原子．一個晶胞中的質(zhì)量為

25g

NA

×4，一個立方氮化硼晶胞的體積是（361.5cm）³，因此立方氮化硼的密度是 

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3．．

解答：解：（1）由圖可知B₂O₃與CaF₂和H₂SO₄反應即生成BF₃，同時還應該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應即生成BN，方程式為
B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄

△   .

2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃

高溫  .

2BN+3H₂O；
（2）基態(tài)B原子的電子排布式為1s²2s²sp¹；B與N 均位于第二周期，電負性從左向右依次遞減，所以N的電負性大于B；BN中B元素的化合價為+3．故答案為：1s²2s²sp¹；N；+3；
（3）依據(jù)價層電子對互斥理論，計算出BF₃的孤對電子對數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，并且價層電子對數(shù)為3，所以BF₃分子為平面正三角形結構，鍵角為120°，雜化方式為sp²；BF₄^-中心原子的孤對電子對數(shù)=

1

2

×（a-xb）=

1

2

×（4-4×1）=0，其價層電子對數(shù)為4，所以其結構為正四面體．故答案為：120°；sp²；正四面體；
（4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學鍵是極性共價鍵；根據(jù)石墨結構可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結合．故答案為：共價鍵（或極性共價鍵）；分子間作用力；
（5）根據(jù)金剛石的結構可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×

1

8

+6×

1

2

+4=8，因此一個立方氮化硼晶胞中含有4個N原子和4個B原子．一個晶胞中的質(zhì)量為

25g

NA

×4，一個立方氮化硼晶胞的體積是（361.5cm）³，因此立方氮化硼的密度是 

25×4

(361.5×10-101×)3NA

g?cm^-3．故答案為：

25×4

(361.5×10-101×)3NA

．

點評：本題考查較為全面，涉及到化學方程式的書寫、電子排布式、分子空間構型、雜化類型的判斷以及有關晶體的計算，但解題具有較強的方法性和規(guī)律性，學習中注意總結如何書寫電子排布式，如何判斷分子空間構型以及有關晶體計算等方法．